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

БАНИН М.В., ВЬЮШКОВА Т.Ю., КРИВОЛУЦКИЙ А.А., КУКОЛЕВА А.А., РЕПНЕВ А.И., ЧЕРЕПАНОВА Л.А. — 2015 г.

Представлено описание численной глобальной фотохимической модели CHARM (CHemical Atmospheric Researh Model) и результаты трехмерного численного моделирования климатологических распределений озона и других малых газовых составляющих атмосферы Земли в диапазоне высот 0–90 км. Представлены также результаты реализации численных сценариев воздействия, вызванного изменением потоков УФ радиации Солнца в цикле его активности, а также обусловленного разрушением озона в полярных областях частицами высоких энергий космического происхождения. Для описания пространственного переноса химически активной примеси в модели (схема Пратера) были использованы расчеты глобальных полей компонент ветра и полей температуры с помощью модели общей циркуляции ARM (Atmospheric Research Model).

ВЬЮШКОВА Т.Ю., КРИВОЛУЦКИЙ А.А., РЕПНЕВ А.И., ЧЕРЕПАНОВА Л.А. — 2015 г.

Представлено описание численной глобальной трехмерной фотохимической модели CHARM-I (Chemical Atmospheric Research Model with Ions) и результаты расчетов глобальных распределений нейтральных и заряженных малых газовых составляющих атмосферы (в диапазоне высот 0–90 км), включая озон, окислы азота, электроны, положительные и отрицательные ионы и др. Модель является развитием трехмерной фотохимической модели нейтральных составляющих CHARM, в которую дополнительно включены реакции с участием ионов (общее число фотохимических реакций – 200). В качестве ионизирующих факторов в модель были включены потоки УФ радиации на длине волны Ly- , а также галактические космические лучи. Для расчета концентраций нейтральных составляющих использовался метод “химических семейств”, а при расчете концентраций заряженных – на каждом шаге интегрирования по времени накладывалось условие электронейтральности. Для описания пространственного переноса химически активной примеси в модели была использована схема Пратера. Созданная модель позволяет также учитывать воздействие солнечных вспышек и высыпаний частиц на D-область.

ГАВРИЛОВ Б.Г., ЕРМАК В.М., ЗЕЦЕР Ю.И., ПОКЛАД Ю.В., РЯХОВСКИЙ И.А. — 2015 г.

В 2012 г. при проведении экспериментов по искусственной модификации ионосферы мощной КВ волной на нагревном стенде EISCAT-Heating (Тромсе, Норвегия) были проведены дистанционные измерения электромагнитных сигналов КНЧ/ОНЧ диапазона в различных точках России. Использование новой высокочувствительной магнитометрической аппаратуры позволило зарегистрировать сигналы амплитудой в единицы фемтотесла на расстояниях до 2000 км от источника. Анализ результатов измерений выявил значительные различия амплитудно-фазовых характеристик сигналов, обусловленные изменением гелиогеофизических условий в районе нагрева и на трассе распространения сигнала, и особенности распространения сигналов, связанные с их модовым волноводным распространением, направленностью источника, углами приема.

ГВИШИАНИ А.Д., ЛЕГОСТАЕВА О.В., СОЛОВЬЕВ А.А., СТАРОСТЕНКО В.И., СУМАРУК Ю.П. — 2015 г.

По данным магнитных обсерваторий российско-украинского сегмента INTERMAGNET и международных центров данных по солнечно-земной физике рассмотрены изменения солнечной и геомагнитной активности с 19-го по 24-й цикл. Показано, что с течением времени активность уменьшается. Это особенно четко видно на фазе развития 24-го цикла. Проанализированы возможные причины спада геомагнитной активности и возможные следствия такого спада.

ГРОМОВ С.В., ГРОМОВА Л.И., ЗЕЛИНСКИЙ Н.Р., КЛЕЙМЕНОВА Н.Г., МАННИНЕН Ю., НИКИТЕНКО А.С., ТУРУНЕН Т., ФЕДОРЕНКО Ю.В. — 2015 г.

Исследовались особенности динамики параметров солнечного ветра и ММП в начальную фазу слабой магнитной бури 8 декабря 2013, когда по данным ОНЧ наблюдений в авроральных широтах вблизи финской обсерватории Соданкюля (L 5.5) наблюдался нетипичный двухчасовой всплеск шипений (хисс) в очень большой полосе частот ( 4 10 кГц), отличающийся по морфологическим характеристикам от классических авроральных шипений. Такой же всплеск ОНЧ излучений регистрировался и в российской обсерватории Ловозеро, расположенной в 400 км к востоку. В обеих точках ОНЧ излучения, в отличие от типичных авроральных шипений, были левой поляризации и приходили к точке наблюдений с юго-востока. Несмотря на то, что всплеск ОНЧ шипений совпал по времени с развитием суббури и появлением в зените станции ярких полярных сияний, перемещающихся с севера, возбуждение ОНЧ шипений, по-видимому, не связано с сияниями. Высказано предположение, что генерация обсуждаемых ОНЧ излучений происходила за счет циклотронной неустойчивости значительно восточнее Скандинавии в области плазмопаузы, расположенной, предположительно, на L 3.5, где экваториальная электронная гирочастота (fHe) составляет порядка 20 кГц. Возбуждающиеся ОНЧ волны могли быть захвачены в дакт на плазмопаузе на частотах ниже половины fHe, т.е. ниже 10 кГц, выйти к земной поверхности вблизи проекции их источника и распространяться в волноводе Земля-ионосфера на большие расстояния как лево-поляризованные волны. Во время обсуждаемого всплеска шипений было отмечено резкое возрастание динамического давления солнечного ветра, что привело к значительному поджатию дневной магнитосферы, перемещению плазмопаузы и радиационного пояса на более низкие L-оболочки, а также развитию суббури и движению дуг полярных сияний к югу. Генерация ОНЧ шипений могла происходить в области, где энергичные частицы радиационного пояса пересекали плазмопаузу. Косвенным подтверждением того, что генерация обсуждаемых шипений происходила не в раннем утреннем секторе (скандинавский меридиан), а значительно восточнее, может быть квазипериодическая модуляция интенсивности ОНЧ шумов в диапазоне геомагнитных пульсаций Рс5, наблюдаемых в это время на восточных станциях и отсутствующих на скандинавском меридиане.

ГОЛОВЧАНСКАЯ И.В., КОРНИЛОВ И.А., КОРНИЛОВА Т.А. — 2015 г.

По данным телевизионных камер на станциях наземной поддержки системы спутников THEMIS мы изучили событие аврорального брейкапа, в котором авроральные формы, являющиеся его предвестниками, имели восточно-западную (E-W) ориентацию, и обнаружили, что их динамика в течение 30–40 мин до начала брейкапа (Т0) указывает на волновой процесс. В рассмотренном событии имело место магнитное сопряжение наземных оптических наблюдений с наблюдениями четырех спутников THEMIS, расположенных примерно вдоль хвоста магнитосферы, которые измеряли характеристики плазмы и энергичных частиц, а также магнитное В и электрическое Е поля, с временным разрешением 3 с. Данные спутников THEMIS, отфильтрованные в диапазоне периодов 12–120 с, свидетельствовали о присутствии низкочастотной волновой активности в плазменном слое в рассматриваемый период времени. Антикорреляция магнитного и плазменного давления, а также синфазное изменение во времени производной Bx/ t и вертикальной компоненты скорости ионов, позволили отождествить моду плазменных колебаний как баллонную моду и предположить, что имеет место связь между E-W предвестниками аврорального брейкапа и баллонными волнами в плазменном слое хвоста магнитосферы. Обсуждаются следствия полученных результатов для механизмов триггирования суббури.

ДАВИДЕНКО Д.В., КАРЕЛИН А.В., ПУЛИНЕЦ С.А., УЗУНОВ Д.П. — 2015 г.

В работе изложено современное понимание взаимодействия геосфер в результате развития сложного комплекса физико-химических процессов под воздействием ионизации. К источникам ионизации можно отнести естественную радиоактивность Земли и ее интенсификацию перед землетрясениями в сейсмоактивных областях, антропогенную радиоактивность, связанную с испытаниями ядерного оружия и авариями на атомных электростанциях и хранилищах радиоактивных отходов, воздействие галактических и солнечных космических лучей, а также активные геофизические эксперименты с использованием установок искусственной ионизации. Настоящий подход основан на понимании окружающей среды как открытой сложной системы с диссипацией, рассмотрение процессов в которой возможно в рамках синергетического подхода. Продемонстрирована синергетическая связь между развитием тепловых и электромагнитных аномалий в атмосфере, ионосфере и магнитосфере Земли. Это позволяет определить направленность происходящего процесса взаимодействия, что особенно важно в приложениях, связанных с краткосрочным прогнозом землетрясений. Именно поэтому основное внимание в работе уделено процессам, развивающимся на финальной стадии подготовки землетрясений, а эффекты других источников ионизации будут приводиться для демонстрации универсальности модели и возможности ее применения в геофизике в широком смысле.

КЛЕЙМЕНОВА Н.Г., МАЛЫШЕВА Л.М., РАИТА Т., ФЕЙГИН Ф.З., ХАБАЗИН Ю.Г. — 2015 г.

Теоретически исследована связь ширины частотного спектра геомагнитных пульсаций Рс1 с магнитосферными параметрами. Получено аналитическое выражение и выполнены его численные расчеты. Показано, что в формулу для инкремента ( ) входит важный магнитосферный параметр (VA/U||) – отношение альвеновской скорости к средней скорости энергичных протонов вдоль силовой линии, который существенно влияет на ширину частотного спектра. Из расчетов следует, что при уменьшении параметра (VA/U||) нормированная ширина частотного спектра Рс1 (x0= opt/ i = VA/U||) уменьшается. С увеличением анизотропии энергичных протонов A=T /T||-1, при фиксированном значении параметра (VA/U||), нормированная ширина частотного спектра Рс1 также уменьшается. Полученные выводы подтверждены анализом спектрограмм наземных наблюдений Рс1 на скандинавской сети индукционных магнитометров в 2005–2010 гг. Анализ этих данных показал, что более, чем в 90% случаев, в магнитоспокойных условиях (Кр < 2) Рс1 пульсации наблюдались в узкой частотной полосе порядка 0.2–0.4 Гц с центральной частотой колебаний в серии f 0.5–0.7 Гц, что соответствует их генерации за плазмосферой. В более возмущенных условиях (Кр 2–3) центральная частота Рс1 колебаний была почти вдвое выше ( 1.0 1.2 Гц), а ширина спектра составляла 0.5 0.7 Гц, что позволяет предположить возможность их генерации внутри плазмосферы.

РУЖИН Ю.Я., СОРОКИН В.М. — 2015 г.

Процессы генерации электрического поля и сопровождающие явления в системе атмосфера–ионосфера активно исследуются в последнее время. В статье рассмотрены результаты таких исследований, послуживших физической основой модели литосферно-ионосферных связей. Согласно нашей модели интенсивные процессы в нижней атмосфере и литосфере оказывают электродинамическое воздействие на ионосферную плазму. В рамках модели проведены теоретические исследования плазменных и электромагнитных эффектов, сопровождающих генерацию тока проводимости в глобальной цепи. Показано, что электродинамическая модель воздействия сейсмических и метеорологических процессов на космическую плазму может служить физической основой спутниковой системы мониторинга предвестников землетрясений и катастрофической фазы развития тайфунов. Она позволяет связать между собой спутниковые данные электромагнитных и плазменных измерений с электрофизическими и метеорологическими характеристиками нижней атмосферы на стадии подготовки землетрясения и зарождения тайфуна. Модель сводит многочисленные эффекты в космической плазме к одной причине: изменению тока проводимости, протекающего в атмосферно-ионосферной цепи.

МЕДВЕДЕВА И.В., СЕМЕНОВ А.И., ШЕФОВ Н.Н. — 2015 г.

На основе данных ракетных и спутниковых измерений излучения континуума верхней атмосферы в видимой области спектра выявлены особенности и вариации высотного распределения его объемной интенсивности для различных гелиогеофизических условий. Показано, что основной интервал высот излучающего слоя континуума, обусловленного процессом NO + O, находится на 80–110 км. В случае излучения, возникновение которого связано с процессами взаимодействия молекул окиси азота с молекулами озона в возбужденном и невозбужденном состояниях, его излучающий слой охватывает всю среднюю атмосферу выше тропосферы.

БЕЛОГЛАЗОВ М.И., РЕМЕНЕЦ Г.Ф. — 2015 г.

Доказан эффект геомагнитной отсечки по отношению к первичному ионизирующему потоку, который вызывал аномальные сверхдлинноволновые (СДВ) возмущения на полностью авроральной радиотрассе средней протяженности ( 900 км). Аномальность проявлялась в качественном подобии вариаций амплитуд и вариаций фаз на всех 3-х рабочих частотах этой радиотрассы. Этого не должно быть при существенном вкладе в принимаемое поле 2-го ионосферного луча. Указанное подобие является пока единственным характерным признаком вторжения ультрарелятивистских электронов. Для доказательства эффекта геомагнитной отсечки проведено количественное сравнение СДВ-данных для авроральной и длинной частично авроральной радиотрасс с общей точкой приема сигналов (10–16 кГц) в авроральной зоне. База экспериментальных данных по возмущениям охватывает 6 лет в окрестности минимума солнечной активности (1982–1987 гг.). Проявление магнитной отсечки в указанных экспериментальных данных доказывает корпускулярную природу первичного ионизирующего потока. Этот поток генерирует тормозное рентгеновское излучение, которое порождает ионизированный спорадический DS-слой в средней авроральной атмосфере.

КАСАТКИНА Е.А., ФРАНК-КАМЕНЕЦКИЙ А.В., ШУМИЛОВ О.И. — 2015 г.

Приводятся результаты исследований вариаций вертикальной компоненты атмосферного электрического поля Ez по данным высокоширотной обсерватории Апатиты (геомагнитная широта: '=63.8°) для трех событий СКЛ г.: 15 апреля, 18 апреля и 4 ноября 2001. Для события СКЛ 15 апреля 2001 г. проведено сопоставление наблюдаемых вариаций Ez с соответствующими данными среднеширотной обсерватории Воейково и обсерватории Восток, находящейся в полярной шапке. Показано, что корональные выбросы массы Солнца и некоторые мощные события СКЛ могут привести к изменениям в глобальной электрической цепи. Возмущения в атмосферном электрическом поле можно рассматривать в качестве диагностики развития активных процессов на Солнце.

БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ Д.В. — 2015 г.

Исследования проводились на трех трассах наклонного зондирования ионосферы (НЗИ): Горьковская (Санкт-Петербург)–Ловозеро длиной 890 км, Соданкюля–Горьковская длиной 800 км и Соданкюля–Ловозеро длиной 360 км. Проанализированы данные за 17 марта и 14 апреля 2012 г. – дни на фазе восстановления соответствующих магнитных бурь. По наблюдениям, проведенным на обс. Соданкюля, для первого дня в утренне-дневные часы имело место высокое поглощение по риометрическим данным на фоне очень слабых магнитных возмущений, зафиксированных магнитометром; для второго дня характерным также был высокий уровень поглощения, но во время существенного магнитного возмущения. Приведено сопоставление структуры мод распространения сигналов и их интенсивности на разных трассах для указанных дней. Главные полученные результаты следующие. При слабых магнитных возмущениях в один и тот же момент времени модовая структура сигналов НЗИ при слабом (для 14 апреля 2012 г.) и сильном (для 17 марта 2012 г.) поглощении существенно отличалась. На первых двух трассах во время магнитного возмущения ночью 14 апреля 2012 г. наблюдалась диффузность в отражениях от F 2-слоя, тогда как на этих же трассах при спокойных магнитных условиях утром и днем 17 марта 2012 г. диффузность отсутствовала. За полчаса до существенного всплеска поглощения на первой трассе отмечался кратковременный резкий рост значений максимальной наблюдаемой частоты слоя Es (МНЧEs) на 30–80%. Для 17 марта 2012 г. и 14 апреля 2012 г., во время максимума поглощения А = 6 дБ по данным обс. Соданкюля, на ионограммах НЗИ отражения сигналов наблюдались от спорадического Es-слоя только на первой трассе, причем характеристики сигналов в эти дни отличались.

ЧЕРНОГОР Л.Ф. — 2015 г.

Приведены результаты наблюдения возмущений в нижней и верхней ионосфере, сопровождавшие пролет и взрыв космического тела “Челябинск”. Эффекты вблизи места пролета метеороида изучались по вариациям полного электронного содержания, регистрируемого GPS-радиоприемниками. Наблюдения за ионосферой на расстояниях 2000 3000 км осуществлялось при помощи ионозондов и измерений фазы и амплитуды радиосигнала на частоте 66.67 кГц на трассе Москва–Харьков. Обнаружены проявления как акустических, так и гравитационных волн, последовавшие за полетом и взрывом космического тела. Обсуждается их связь с пролетом Челябинского метеороида.

БОЧКАРЕВ В.В., МАСЛЕННИКОВА Ю.С. — 2014 г.

В работе представлены результаты анализа вариаций пространственного распределения полного электронного содержания (ПЭС), выполненного методом главных компонент. Для анализа использовались глобальные карты ПЭС, представленные лабораторией JPL (Jet Propulsion Laboratory) за период с 2004 по 2010 г. Показано, что получаемые компоненты разложения ПЭС существенно зависят от представления исходных данных и способа их предварительной обработки. Предложен способ центрирования данных, позволяющий учесть влияние суточных и сезонных факторов. Выявлена корреляционная связь амплитуд первых компонент разложения ПЭС (связанных с экваториальной аномалией) с индексом солнечной активности F10.7, а также c потоком высокоэнергетичных частиц солнечного ветра.

ПОЛЯКОВ А.Р. — 2014 г.

Метод корреляционных функций флуктуаций амплитуды и фазы сигнала (КФАФ) использован для обработки колебаний, численно получаемых для моделей разных типов стоячих МГД волн в плоском прямоугольном резонаторе. Установлено, что во всех без исключения случаях зависимости корреляционных функций флуктуаций амплитуды и фазы от сдвига фазы среднего колебания имеют вид периодической последовательности пиков. Интервал между двумя соседними пиками определяется по универсальной формуле частотой первой гармоники одной из возможных одномерных стоячих волн резонатора. В предлагаемом методе конечным продуктом обработки являются измерения значений этой частоты. Кроме того метод КФАФ впервые был использован для обработки записей вариаций магнитного поля в диапазоне периодов от 0.5 с до 6.0 с. Для станций наблюдения Борок ( 53.9°, 114.3°) и Монды ( 46.7°, 173.6°) экспериментально получены функции распределения периодов первой гармоники. Установлено, что все характерные значения этих периодов полностью соответствуют периодам известных стоячих МГД волн в плазмосфере и на ее границе.

ЗЕЛИНСКИЙ Н.Р., КЛЕЙМЕНОВА Н.Г., КОТИКОВ А.Л. — 2014 г.

Исследована пространственная динамика всплесков геомагнитных пульсаций типа Pi2 во время типичного события дрейфующей к полюсу магнитосферной суббури (13 апреля 2010 г.) с помощью метода обобщенной дисперсии, характеризующей интегральное временное приращение суммарной горизонтальной амплитуды волны в данной точке в выбранный интервал времени. При анализе использовались цифровые данные наблюдений скандинавского профиля магнитометров IMAGE с 10-ти секундной дискретизацией и данные наблюдений проекта INTERMAGNET на экваториальных, среднеширотных и субавроральных широтах с 1-секундной дискретизацией. Показано, что всплески Pi2 пульсаций в полосе частот 8–20 мГц появляются одновременно в глобальном масштабе – от полярных до экваториальных широт с максимальными амплитудами на широтах максимальной интенсивности авроральной токовой струи и максимальной амплитуды геомагнитных пульсаций Pi3 в полосе 1.5–6.0 мГц. Первый, левополяризованный интенсивный всплеск Pi2 появился в авроральных широтах через несколько минут после брейкапа, а второй, правополяризованный – на 15 мин позже брейкапа, но на более высоких, полярных широтах, куда к этому времени переместилась суббуря. Направление вращения вектора поляризации волн было противоположным в авроральных и субавроральных широтах, но на экваторе и в субавроральной зоне было одинаковым. На экваторе амплитуда пульсаций была максимальной в ночном секторе.

ДЕПУЕВ В.Х., ПАРРО М., РУЖИН Ю.Я., СМИРНОВ В.М. — 2014 г.

Настоящая работа посвящена изучению особенности состояния субавроральной ионосферы, которая проявилась в аномальном положении плазмопаузы, экваториальной стенки главного ионосферного провала и провала в концентрации легких ионов при спокойных гелиогеофизических условиях вблизи магнитосферной оболочки с параметром Мак-Илвейна L = 3. Аномалия была обнаружена на основе экспериментального материала, полученного в ходе спутникового проекта DEMETER при проведении активных экспериментов на нагревном стенде “СУРА” (02.10.2007 г.) по программе “СУРА”–МКС. Совместный анализ орбитальных данных DEMETER и МКС, а также результатов комплексных наземных измерений показал, что обнаруженный эффект, характерный для предполуночного времени севернее трассы Москва–“СУРА”, не является локальным. Его можно наблюдать на обширной территории, протяженной с запада на восток вдоль одной и той же L-оболочки, по крайней мере, от Швеции до Камчатки. Данные спутника DEMETER подтверждены результатами анализа меридионального распределения критической частоты слоя F2, полученными при радиопросвечивании ионосферы сигналами спутников сети GPS. Сравнение с модельными расчетами (модели IRI 2007, СИМ) долготно-широтного и меридионального распределений кoнцентрации плазмы для максимума слоя F2 показало явное расхождение с экспериментальными результатами.

КИМ В.П., ЛЕГЕНЬКА А.Д., ХЕГАЙ В.В. — 2014 г.

Проведено исследование вариаций критической частоты F2-слоя (foF2) перед мелкофокусным землетрясением с магнитудой М = 5.1, которое произошло 11.05.2011 г. в Испании. Полученные результаты показывают, что на близлежащей к эпицентру землетрясения ионосферной станции Delebre наблюдалось положительное возмущение величины foF2. В то же время на удаленных от эпицентра ионосферных станциях возмущений foF2 не выявлено, что позволяет сделать предположение о том, что наблюдавшееся на станции Delebre положительное возмущение в F2-слое могло иметь сейсмогенную природу.

СЁМКИН С.В., САВЧЕНКО В.Н., СМАГИН В.П. — 2014 г.

Рассмотрена слоистая модель морской среды, состоящая из атмосферы, двух слоев морской воды различной проводимости и плотности и слоя донных пород. В рамках этой модели найдены вариации геомагнитного поля, генерируемые внутренними и поверхностными волнами различной частоты и направления распространения. Учтено влияние магнитной проницаемости и электрической проводимости донных пород на индуцированные магнитные поля. Аналитически определены и численно оценены передаточные функции и спектральные плотности этих вариаций.