научный журнал по геофизике Геомагнетизм и аэрономия ISSN: 0016-7940

ПАВЛОВ А.В., ПАВЛОВА Н.М. — 2007 г.

Используя трехмерную нестационарную теоретическую модель концентраций Ne, Ni и температур Te, Ti электронов и ионов области F ионосферы и плазмосферы низких и средних широт, исследованы изменения концентрации NmF2 максимума слоя F2 ионосферы под действием зонального дрейфа плазмы перпендикулярно магнитному B и электрическому E полям в направлении геомагнитный запад – геомагнитный восток. В модели используется метод численных расчетов Ne, Ni, Te, Ti, включающий в себя преимущества методов Лагранжа и Эйлера. При вычислениях принимается дипольная аппроксимация геомагнитного поля B с учетом несовпадения географического и геомагнитного полюсов и отличия местоположения центров Земли и геомагнитного диполя. Проведено сравнение вычисленных и измеренных NmF2 и высот hmF2 максимума слоя F2 на 16 низкоширотных станциях ионосферного зондирования ионосферы во время геомагнито-спокойного периода 11–12 октября 1958 г. Это сравнение позволило выполнить коррекцию входных параметров модели: [O] модели NRLMSISE-00, меридиональной компоненты скорости нейтрального ветра модели HWW90 и меридиональной компоненты экваториального дрейфа плазмы за счет электрического поля, заданного эмпирической моделью. Показано, что влиянием зонального E ? B дрейфа плазмы на NmF2 можно пренебречь в дневных условиях и изменения NmF2 и hmF2 под действием этого дрейфа незначительны в ночных условиях севернее 25° и южнее –26° геомагнитной широты. Влияние зонального E ? B дрейфа плазмы на NmF2 и hmF2 наиболее существенно в ночной ионосфере примерно от –20 до 20° геомагнитной широты, и неучет этого дрейфа плазмы приводит к занижению NmF2 до 2.4 раз. Найденная зависимость влияния зонального E ? B дрейфа плазмы на NmF2 и hmF2 от геомагнитной долготы связана с долготной асимметрией B, асимметрией нейтрального ветра относительно геомагнитного экватора и изменениями меридионального E ? B дрейфа плазмы с геомагнитной долготой.

КИМ Б.-Ч., ТИНИН М.В. — 2007 г.

Исследуется остаточная ошибка ионосферной коррекции сигнала двухчастотных систем спутниковой навигационной системы GPS, связанная с отклонением лучей в случайных ионосферных неоднородностях. Используя теорию возмущения при решении лучевых уравнений, получены формулы второго приближения для фазы GPS-сигнала, учитывающие отклонение луча от прямой в неоднородной ионосфере. Эти формулы использованы для оценки предельной точности двухчастотного GPS-метода. Предложен алгоритм коррекции этой ионосферной ошибки второго порядка с помощью трехчастотного приема.

ВАСИЛЬЕВ А.В., ГРИГОРЬЕВ В.Ф., МИЛИЧЕНКО А.Н., СИДОРЕНКО А.Е., СОБЧАКОВ Л.А., ТЕРЕЩЕНКО Е.Д. — 2007 г.

Представлены результаты первых экспериментов по приему электромагнитных сигналов, излучаемых наземной антенной в диапазоне частот 1–10 Гц в переходной зоне, на удалении от передатчика, соизмеримом с высотой эквивалентного волновода. Работы проводились эпизодически в 2006 г. в различные сезоны и в разное время суток при спокойных геомагнитных условиях. На расстояниях около 80 км от передатчика обнаружено заметное влияние состояния ионосферы на величину принимаемого сигнала, при этом сезонные проявления были существеннее суточных. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости учета влияния ионосферы на амплитуду волн в переходной зоне при электромагнитном зондировании земной структуры на частотах 1–10 Гц, а также определяют целесообразность применения искусственных волн этого диапазона для квазивертикального зондирования ионосферы.

ЯКУПОВ В.С., ЯКУПОВ М.В., ЯКУПОВ С.В. — 2007 г.

Рассматриваются возможности дистанционной оценки характера распределения вертикальной составляющей естественной остаточной намагниченности горных пород в зонах инверсий геомагнитного поля. Для этой цели в процессе радиолокационного зондирования импульсами магнитного поля используется эффект Фарадея: вращение плоскости поляризации сигнала в магнитном поле.

ИЖОВКИНА Н.И., КЛОС З., ПРУТЕНСКИЙ И.С., ПУЛИНЕЦ С.А., РОТКЕЛЬ Х. — 2007 г.

Представлены данные измерений интенсивности волнового излучения в полосе частот 0.1–10 МГц в ионосфере (спутниковый эксперимент АПЭКС). Во внешней ионосфере на высотах 1300 км в авроральной зоне зарегистрирован скачок плазменной плотности и усиление амплитуды излучения на плазменной частоте. Вблизи стенки плазменного скачка наблюдалось немонотонное вдоль траектории спутника усиление излучения для диапазона свистовых мод. Показано, что вблизи стенки могли сформироваться волноводные каналы при затухании электростатических колебаний, генерируемых высыпающимися электронными потоками. При этом возможно немонотонное в пространстве отслоение волноводных каналов от плазменной неоднородности, вытянутой вдоль силовых линий геомагнитного поля.

ДАНИЛОВ А.Д. — 2007 г.

На основании данных 28 ионосферных станций восточного полушария проанализировано отношение ночных и дневных величин критической частоты foF2. Обнаружено, что после примерно 1980 г. наблюдается три вида поведения этого отношения: рост со временем (положительный тренд), падение со временем (отрицательный тренд) и отсутствие выраженных изменений (нулевой тренд). Показано, что знак этого тренда определяется знаками магнитного склонения D и магнитного наклонения I данной ионосферной станции. Это позволяет предположить, что указанный тренд вызван долговременными изменениями зональной составляющей горизонтального ветра в термосфере Vny, которая вносит вклад в скорость вертикального дрейфа W. Причины систематического изменения в режиме термосферной циркуляции после 1980 г. пока неизвестны, но с достаточной вероятностью они связаны с антропогенными изменениями в атмосфере.

КЛЕЙМЕНОВА Н.Г., КОЗЫРЕВА О.В. — 2007 г.

Очень сильная магнитная буря 15 мая 2005 г. была вызвана подходом к орбите Земли межпланетного магнитного облака, передний фронт (sheath) которого характеризовался большой плотностью ( 25 30 см-3) и скоростью ( 850 км/с) солнечного ветра и сильными вариациями (до ±20 нТл) межпланетного магнитного поля (ММП). Показано, что в начальную фазу этой бури наблюдалось нетипичное геомагнитное бухтообразное возмущение в большой долготной области высоких широт: от вечернего до утреннего сектора местного геомагнитного времени. Магнитная бухта, увеличиваясь по амплитуде, быстро распространялась на широты полярной шапки вплоть до геомагнитного полюса. Анализ глобальной пространственно-временной динамики геомагнитных пульсаций в диапазоне частот 1–6 мГц показал, что наиболее интенсивные колебания наблюдались в утреннем секторе в области расположения эквивалентного ионосферного тока, на широтах порядка 72–76°. Вейвлет структура магнитных пульсаций в полярной шапке и флюктуаций в ММП в общих чертах была подобной с максимумом на частотах ниже 4 мГц. Это может свидетельствовать о прямом проникновении волн в полярную шапку из солнечного ветра.

ДЕМИНА И.М., НИКИТИНА Л.В., ФАРАФОНОВА Ю.Г. — 2007 г.

На протяжении ряда лет авторами разрабатывается дипольная модель источников главного магнитного поля Земли. На данный момент в модель включено 13 источников, существующих и непрерывно развивающихся на протяжении XX века. Относительно главного диполя высказано предположение, что его перемещение может быть связано с движением оси инерции Земли. В то же время известные резкие изменения направления этого движения, так называемые “блуждания” оси инерции, по времени совпадают с изменением координат точки выхода вектора магнитного момента главного диполя на поверхность Земли, определяемым, большей частью, изменениями угла наклона вектора. На основе модели проведено исследование движения Северного магнитного полюса. Получено, что динамика параметров главного диполя и, главным образом, стабильное изменение угла наклона вектора его магнитного момента определяют движение полюса на запад. В то время как наблюдаемое быстрое движение полюса на север связано с изменением во времени параметров 12 источников, аппроксимирующих так называемую недипольную часть главного поля.

ВОРОБЬЕВ В.Г., ЯГОДКИНА О.И. — 2007 г.

По данным спутников DMSP исследована динамика границ авроральных высыпаний в дневном (09–12 MLT) и ночном (21–24 MLT) секторах в периоды двух сильных магнитных бурь 08–09 февраля 1986 г. и 13–14 марта 1989 г. с интенсивностью по Dst-индексу в максимуме примерно –300 нТл и –600 нТл соответственно. Показано, что в главную фазу бури наблюдается смещение в более низкие широты как полюсной, так и экваториальной границ дневных высыпаний. В ночном секторе экваториальная граница высыпаний также смещается в более низкие широты, в то время как положение полюсной граница слабо зависит от уровня магнитной активности даже в периоды очень сильных магнитных возмущений. Увеличение площади полярной шапки в главную фазу происходит, главным образом, за счет экваториального смещения дневных высыпаний. Показана высокая степень корреляции между экваториальным смещением при полюсной границе дневных высыпаний и положением экваториальной границы высыпаний на ночной стороне Земли. Анализ событий свидетельствует о том, что (1) уровень магнитной активности в ночном секторе авроральной зоны оказывает значительное влияние на положение границ дневных высыпаний в периоды магнитных бурь и (2) кольцевой ток вносит существенный вклад в величину Dst-вариации.

КУЗНЕЦОВ С.Н., ЛАЗУТИН Л.Л., ПОДОРОЛЬСКИЙ А.Н. — 2007 г.

Представлены экспериментальные свидетельства существования механизма создания и разрушения солнечных протонных поясов во внутренней магнитосфере при быстром изменении границы проникновения солнечных протонов. Проведен анализ измерений солнечных протонов и альфа-частиц низковысотным полярным спутником Коронас-Ф во время магнитных бурь в октябре–ноябре 2003. Создание и разрушение поясов солнечных космических лучей наблюдались несколько раз во время этого интервала. Сжатие магнитосферы во время бури делает возможным прямое проникновение солнечных протонов глубоко во внутреннюю магнитосферу. Протонные траектории за границей проникновения открыты и предварительно захваченные частицы могут свободно покидать магнитосферу. Во время восстановления конфигурации магнитосферы, когда граница проникновения уходит от Земли, солнечные протоны и альфа-частицы с относительно низкой скоростью магнитного дрейфа остаются устойчиво захваченными, тогда как частицы больших энергий отслеживают движение границы проникновения. Поэтому диапазон энергии захваченных протонов ограничен сверху в отличие от эффекта инжекции во время SC, неэффективного в области низких энергий.

ДОМРИН В.И., КРОПОТКИН А.П. — 2007 г.

Теоретически в рамках МГД исследован процесс срыва равновесия в системе с токовым слоем (ТС), в условиях малости нормальной к ТС компоненты магнитного поля, который индуцируется происходящим вовне возмущением. В геомагнитном хвосте это может быть возмущение либо от тиринг-неустойчивости, развивающейся в более удаленной части хвоста, либо от неустойчивости баллонного типа в его самой ближней части, либо из-за быстрой перестройки на магнитопаузе при прохождении возмущения в солнечном ветре. Локально, на ограниченном участке ТС, продольный баланс импульса быстро – на альвеновском масштабе времени – нарушается при прохождении вдоль хвоста быстрого МГД возмущения, форма которого определяется присутствием ТС. Возникает неравновесная структура, которая затем на существенно большем (из-за малости нормальной компоненты поля) масштабе времени эволюционирует путем расщепления ТС на несколько токовых структур. Такая перестройка, после начального срыва равновесия под действием внешнего (слабого) возмущения, в дальнейшем развивается спонтанно. При анализе в рамках МГД она может быть описана как хорошо известный процесс с двумя парами нелинейных волн, распространяющихся в обе стороны от центральной плоскости слоя с постоянными скоростями: это – быстрые волны разрежения, и следующие за ними медленные ударные волны “выключения”. Однако кинетическая теория выявляет существенно иные каналы релаксации. Они изучены во второй и третьей частях работы, где представлено кинетическое численное моделирование задачи и проанализированы его результаты.

КЛЕЙМЕНОВА Н.Г., КОЗЫРЕВА О.В. — 2007 г.

Анализируются интенсивные квазимонохроматические геомагнитные пульсации с периодом 15 мин, наблюдавшиеся на земной поверхности в околополуденном секторе в начале восстановительной фазы очень сильной (Dstmin = –260 нТл) магнитной бури 15 мая 2005 г. Колебания регистрировались в авроральных широтах только в X-компоненте поля, а час спустя волновая активность переместилась в послеполуденный сектор полярной шапки, при этом пульсации наблюдались как в X-, так и в Y-компоненте поля. Источником магнитных колебаний внутри магнитосферы могли быть поверхностные волны на магнитопаузе, вызванные импульсом динамического давления солнечного ветра. Геомагнитные пульсации в полярной шапке, наблюдающиеся синфазно на разных широтах, по-видимому, могли быть отражением квазипериодических вариаций в системе NBZ продольных токов. Такие вариации могут возникать за счет серии импульсных пересоединений в послеполуденном внешнем каспе при больших ( 20 нТл) положительных значениях Bz и больших ( 40 нТл) отрицательных значениях Bx ММП.

ВАНИНА-ДАРТ Л.Б., ДАНИЛОВ А.Д. — 2007 г.

Продолжено рассмотрение связи между дневными и ночными значениями критической частоты ионосферного слоя F2, foF2, начатое в предыдущих работах авторов. На большем статистическом материале (большее количество ионосферных станций и более длинные ряды наблюдений) подтверждены основные закономерности изменения коэффициента корреляции R( foF2), характеризующего эту связь. Обнаружены долговременные тренды величины R( foF2): на всех станциях отрицательное значение R( foF2) увеличивается со временем после 1980 г.

ДЕМИНОВ М.Г., ДЕМИНОВ Р.Г., ШУБИН В.Н. — 2007 г.

На основе анализа изменений критической частоты E-слоя foE по станциям Боулдер и Ташкент, расположенных на почти совпадающих географических и сильно различающихся геомагнитных широтах, получено, что: а) поздней осенью и зимой значения foE на этих станциях отчетливо различаются при низкой солнечной активности; с ростом солнечной активности эта разница уменьшается, т.е. долготный эффект в зависимости foE от солнечной активности значим для этих условий; б) летом этот эффект практически отсутствует, т.е. разница в зависимости foE от солнечной активности на этих станциях не значима для данного сезона. Обосновано, что одной из основных причин этого долготного эффекта является зависимость концентрации окиси азота [NO] от геомагнитной широты, сезона и солнечной активности.

ГАЛУШКО В.Г., ЕГОРОВ И.Б., ЗАЛИЗОВСКИЙ А.В., КАЩЕЕВ А.С., КОЛОСКОВ А.В., ПОПОВ А.В., ЯМПОЛЬСКИЙ Ю.М. — 2007 г.

Проведена долговременная регистрация доплеровских спектров КВ-радиосигналов на трассе Москва–Украинская антарктическая станция “Академик Вернадский”. Обнаружено расщепление спектров в периоды прохождения солнечного терминатора через прямую и обратную радиолинии. В рамках асимптотической теории дальнего распространения декаметровых радиоволн рассчитаны спектральные и энергетические характеристики прямых и обратных сигналов.

БАРКОВА Е.С., КЕРШЕНГОЛЬЦ С.З., ПЛОТНИКОВ И.Я. — 2007 г.

Для двух типов событий: 1 – магнитные облака и 2 – высокоскоростные потоки, исследована зависимость зональных геомагнитных индексов (AE, Ap, Kp, Kn и Dst) от параметров солнечного ветра (Ey-компоненты электрического поля, динамического давления Pd и нерегулярности ММП B). В соответствии с эмпирическими соотношениями для первого типа событий установлено, что при Ey < 12 мВ/м индексы AE, Ap, Kp, Kn зависят прямо пропорционально от величины Ey, а при Ey > > 12 мВ/м – обратно пропорционально. В отличие от этого, Dst-индекс связан с Ey монотонной нелинейной зависимостью. Для второго типа событий характерна линейная зависимость всех геомагнитных индексов от Ey. Показано, что особенности геоэффективности магнитных облаков и высокоскоростных потоков солнечного ветра обусловлены зависимостью потенциала электрического поля поперек полярной шапки от электрического поля, динамического давления солнечного ветра и флуктуаций межпланетного магнитного поля.

ДЕГТЯРЕВ В.И., ЧУДНЕНКО С.Э. — 2007 г.

По данным спутников GOES за период 1996–2000 гг. исследуется связь потоков релятивистских электронов на геостационарной орбите во время магнитных бурь с состоянием магнитосферы и вариациями параметров солнечного ветра. Установлено, что в 52 65%всех случаев бурь потоки электронов с энергиями >0.6 МэВ и >2 МэВ в восстановительную фазу бури превышают более чем в два раза потоки электронов перед бурей. Показано, что вероятность таких случаев тесно связана с предбуревым уровнем потоков и с величиной спада потоков в главную фазу бури. Найдено, что к наилучшим индикаторам появления случаев бурь с увеличенными потоками на восстановительной фазе бури относятся также скорость солнечного ветра в день главной фазы бури и индексы геомагнитной активности в начале фазы восстановления бури.

БАХАРЕВА М.Ф., ВЕДЕНЬКИН Н.Н., ИВАНОВА Т.А., ТВЕРСКАЯ Л.В. — 2007 г.

Проведен анализ формы энергетического спектра электронов в диапазоне энергий 0.8–6.0 МэВ и временной динамики потоков электронов на длительной ( 10суток) фазе восстановления магнитной бури 6 апреля 2000 г. по данным геостационарного спутника “Экспресс-А2”. Проведена интерпретация этих данных на основе аналитического решения нестационарного уравнения для функции распределения частиц с учетом статистического ускорения и катастрофического вылета частиц из области ускорения.

АНДРЕЕВ М.Ю., БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ Д.В., ВЫСТАВНОЙ В.М., МИНГАЛЕВ В.С., МИНГАЛЕВА Г.И. — 2007 г.

Экспериментальные ионограммы наклонного зондирования ионосферы, полученные на высокоширотной КВ-радиотрассе Санкт-Петербург–Шпицберген в течение магнитоспокойного интервала 14–15 декабря 2001 г., сопоставляются с результатами модельных расчетов траекторий радиоволн. Для этого численно синтезируются соответствующие ионограммы наклонного зондирования при помощи методики, основанной на методе “пристрелки” и использующей компьютерную программу для построения траекторий коротких радиоволн. При моделировании распространения радиоволн используется трехмерное распределение электронной концентрации, рассчитанное при помощи математической модели высокоширотной ионосферы, разработанной ранее в Полярном геофизическом институте (ПГИ). Численные расчеты позволяют в основном объяснить особенности экспериментальных данных наклонного зондирования ионосферы.

ВЛАСОВ А.А., ЛОБАНОВ К.А., ОРТИКОВ М.Ю., ПОГОРЕЛЬЦЕВ А.И., ТРОИЦКИЙ Б.В. — 2007 г.

Рассмотрена возможность определения поля критических частот области F2 ионосферы ( foF2), используя карты полного электронного содержания, построенные по данным регистрации сигналов спутниковых радионавигационных систем типа GPS и ГЛОНАСС. Расчет foF2 базируется на модели SPIM (Standard Plasmasphere-Ionosphere Model) с заданием ионосферного индекса солнечной активности, определяемого в узлах сетки исходной карты полного электронного содержания. Проверка предложенного способа осуществлена на данных часовых карт полного электронного содержания на североамериканском регионе за интервал с 1 по 7 сентября 2005 г. Выбранные из восстановленных карт foF2 вариации значений критических частот для пунктов Boulder и Dyess сравнивались с данными вертикального зондирования. Средняя ошибка за весь интервал измерений составляет 10. Сделан вывод о возможности использования предложенного метода в качестве ионосферного обеспечения коротковолновой радиосвязи, когда допустимы ошибки в значениях foF2 в десятые доли МГц.