ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2010, том 50, № 6, с. 825-832
УДК 550.385
ПОВЕДЕНИЕ foF2 И hmF2 ПОСЛЕ ЗАХОДА СОЛНЦА © 2010 г. А. Д. Данилов1, Л. Б. Ванина-Дарт2
1 ГУ Институт прикладной геофизики им. Е.К. Федорова Росгидромета, Москва 2 Учреждение РАН Институт космических исследований, Москва e mail: adanilov99@mail.ru Поступила в редакцию 30.03.2010 г.
Рассматривается поведение во времени величин foF2 и hmF2 в момент времени Т(зах + 2 ч) через два часа после захода Солнца. Предполагается, что в этот момент горизонтальные ветры в термосфере оказывают наиболее сильное воздействие на hmF2 и, следовательно, на foF2. Получено, что для отношения foF2(зах + 2)/foF2(14) наблюдается достаточно хорошо выраженное и статистически значимое изменение (тренд), причем знак этого изменения различен для разных станций и даже разных сезонов на одной станции. Аналогичная картина получена и для величины hmF2(зах + 2). Показано, что наблюдается положительная корреляция между трендами двух указанных величин. Это подтверждает исходную посылку работы, что тренды foF2 и hmF2 вызваны долговременными трендами динамики термосферы.
1. ВВЕДЕНИЕ
Проблема долговременных трендов основных параметров ионосферного слоя П, /ЪП и НшП, все еще не решена окончательно. С одной стороны, в силу общей тенденции охлаждения и оседания средней и верхней атмосферы из-за увеличения количества парниковых газов ([Ьа81оу1ека й а1., 2008, Ьа81оу1ека, 2009] неизбежно ожидать и изменений указанных параметров. С другой стороны, попытки определить тренды/ъЕ2 и НшЕ2 по многолетним данным вертикального зондирования на глобальной сети ионосферных станций пока не привели ко взаимно согласующимся результатам (см. соответствующие ссылки в работах [Ьа81оу1ека й а1., 2006; Данилов и Ванина-Дарт, 20106]).
Во всех известных авторам работах по поиску трендов /ъЕ2 и НшЕ2 анализировались совместно различные часы суток и различные сезоны. Данилов и Ванина-Дарт [2010а] предложили рассматривать отношение величин /ъе2 в фиксированный момент времени (близко к полудню) и в момент Г(зах + 2 ч) через два часа после захода Солнца. В более поздней работе Данилов и Ванина-Дарт [20106] провели предварительный анализ долговременных трендов величины НшЕ2 для того же момента Т(зах + 2 ч).
Как показал предварительный анализ [Данилов и Ванина-Дарт, 2010б], долговременные тренды НшЕ2, определенные для момента Т(зах + 2 ч), отличаются от трендов, определявшихся ранее для фиксированных моментов КГ. Следовательно, есть основания рассмотреть более подробно тренды /ъе2 и НшЕ2 для указанного момента после захода Солнца. Это и является целью данной работы.
2. ПОВЕДЕНИЕ /ъ/2(зах + 2)//Ъ/2(14)
Причины выбора момента Т(зах + 2 ч) состоят в следующем. Согласно Ришбету [К18кЪе1И, 1998] вклад в /Ъ/2 вертикального дрейфа, вызванного ветром, должен быть максимален именно в по-слезаходный период через один-два часа после захода Солнца. Мы ожидаем, что долговременные изменения/Ъ/2 и НшЕ2 могут быть вызваны долговременными изменениями системы термосфер-ной циркуляции (термосферных горизонтальных ветров) из-за указанных выше охлаждения и оседания верхней атмосферы. В этом случае представляется разумным искать тренды этих параметров в те моменты, когда ожидаемые эффекты должны быть максимальны, а не просто усреднять величины трендов для различных моментов КГ и месяцев года.
Анализируя отношение /Ъ/2(зах + 2)//Ъ?2(14), мы сравниваем поведение величины /ъ/2 в момент, близкий к полудню, когда вклад динамических процессов минимален, и в момент предполагаемого наибольшего воздействия горизонтального ветра. Кроме момента Т(зах + 2 ч) мы рассмотрели также момент Т(зах + 1 ч) — через один час после захода Солнца. Результаты принципиально не отличаются, поэтому далее мы рассматриваем здесь только результаты, полученные для момента Т(зах + 2 ч).
Метод анализа долговременных изменений отношение /Ъ/2(зах + 2)//ъ/2(14) был тот же, что и метод, использованный в серии работ авторов [Данилов, 2007; Данилов и Ванина-Дарт, 2007; 2008], посвященных трендам отношения /Ъ/2(ночь)//Ъ/2(день). Средние величины анализируемого отношения рассчитывались для двух
0.8
& 0.7
х
св
Ец 0.6
0.5
1958-1979 Иркутск янв/февр •
40
80
120
1.0
160 б
200 240 F 10.7
0.9
х
св
2F
0.8
0.7
1958-1979 Ашхабад
40
80
120
160
200 240 F 10.7
Рис. 1. Зависимость величины /аР2(зах + 2)//аР2(14) от индекса солнечной активности Л0.7 для станций Иркутск (а) и Ашхабад (б).
периодов каждого года: января—февраля и июня-июля. Затем по данным для периода с начала наблюдений (обычно около 1958 г.) и до 1979 г. строилась зависимость величины/о/2(зах + 2)//о/2(14) от индекса солнечной активности /10.7. Примеры такой зависимости для станций Иркутск (январь-февраль) и Ашхабад (июнь-июль) приведены на рис. 1. На этом рисунке и далее величина Я2, как и ранее, представляет собой коэффициент определенности, который позволяет оценить статистическую надежность полученной аппроксимации по критерию Фишера. Обращает на себя внимание тот факт, что характер зависимости /о/2(зах + 2)//о/2(14) от индекса /10.7 различен зимой и летом. Зимой указанное отношение растет с увеличением солнечной активности, а летом -падает. Обратный эффект был обнаружен авторами [Данилов 2007; Данилов и Ванина-Дарт, 2007] при анализе отношения /о/2(02)//о/2(14) — там
наблюдалось падение foF2(02)/foF2(14) с ростом F10.7 зимой и рост — летом. Эффект разной зависимости отношений foF2 в разные моменты местного времени от солнечной активности был обнаружен нами, по-видимому, впервые и еще ждет своего объяснения, которое выходит за рамки данной статьи.
Полученная с помощью рисунков типа рис. 1 аппроксимация зависимости foF2(зaх + 2)/foF2(14) от F10.7 для каждой станции использовалась для получения величины Д[/oF2(зaх + 2)//oF2(14)], которая представляет собой разность между наблюдаемой величиной указанного отношения и ее модельным (аппроксимация) значением. Как и в предыдущих публикациях авторов, анализ долговременных изменений отношения foF2(зaх + + 2)//oF2(14) проводился с помощью величины Д^^зах + 2)/foF2(14)].
Поскольку при анализе различных параметров слоя F2 было получено (см. [Данилов и Ванина-Дарт, 2010б]), что после так называемой "граничной даты" (около 1980 г.) происходит систематическое изменение временного хода этих параметров (наблюдается тренд), мы также сравнивали изменения Д[/oF2(зaх + 2)//oF2(14)] до и после 1980 г. Использовались два метода выделения тренда. В первом из них (использованном во всех предыдущих работах по анализу трендов foF2(02)/foF2(14)) рассматривалась зависимость от времени непосредственно величин Д[/oF2(зaх + 2)/foF2(14)], полученных описанным выше способом. Пример использования такого подхода приведен на рис. 2 для станций Иркутск и Москва.
Рисунок 2 дает примеры относительно хорошо выраженного тренда величины Д[/oF2(зaх + + 2)//oF2(14)] после примерно 1980 г. Видно, что этот тренд отрицателен в случае Иркутска и положителен в случае Москвы, хотя рассматривается один и тот же сезон (январь-февраль). Величины R2 достаточно велики и при имеющемся количестве точек обеспечивают статистическую значимость аппроксимации после граничной даты не менее 95%. Однако, в ряде случаев разброс точек на рисунках типа рис. 2 значительно сильнее. В этом случае мы применяли метод, использованный нами при поисках трендов стандартных отклонений ве-личинfoF2(зaх + 2)/foF2(14) и hmF2(зaх + 2) [Данилов и Ванина-Дарт, 2009; 2010а]. Он состоит в том, что сначала вычисляются скользящие средние величины Д[/oF2(зaх + 2)/foF2(14)] за 11 лет (которые относятся к середине 11-летнего интервала) и рассматривается поведение со временем уже этих величин. Примеры применения этого метода приведены на рис. 3 для станций Слау и Свердловск.
Каждый из двух описанных методов имеет свои преимущества и недостатки. Метод сглаживания в большинстве случаев резко уменьшает разброс то-
а
0.04
£
& 0
х
се т
Е^-0.04
-0.08
ПОВЕДЕНИЕ /о!2 И кт!2 ПОСЛЕ ЗАХОДА СОЛНЦА а 0.02
янв/февр 1958—1990 Иркутск
Я2 = 0.47
0.04
3
х
се
3 §
-0.04
1960 1970 1980 1990
Годы
б
Москва янв/февр ■ 1958-1998 *
•• . * • " * А
Я2 = 0.59
1960 1970
1980 1990 2000 Годы
Рис. 2. Изменение со временем величины А//2(зах + + 2)//о/2(14)] со временем для станций Иркутск (а) и Москва (б).
3
X
а
3 §
з -0.02
-0.
1957-2005
Слау
^ * •
Я2 = 0.71
янв/февр сглаженные
04 —
1960
1970 1980 1990
2000 Годы
3
^ -0.
1958-1995
Я2 = 0.98
х
а
т
Ец -0.
-0.06
1960
1970
1980
1990 Годы
Рис. 3. Изменение со временем величины А//2(зах + + 2)//о/2(14)] со временем для станций Слау (а) и Свердловск (б).
а
0
0
чек (что легко видеть из сравнения рис. 2 и 3) и хорошо (с высокими величинами Я2) выявляет тенденцию (тренд) изменения Д//2(зах + 2)//2(14)] после граничной даты. Однако этот метод по очевидным причинам укорачивает имеющийся ряд точек на 5 лет с каждого конца, поэтому его нецелесообразно применять для станций, данные которых в банках ионосферных данных кончаются достаточно рано (например, в 1990 году и ранее), ибо в этом случае остается мало точек после граничной даты для построения надежного тренда. Кроме того, наличие одной ошибочной точки с очень большим отличием от остальных (такие точки встречаются и связаны, очевидно, с ошибками при обработке ионограмм, или, что более вероятно, с опечатками при заполнении банка данных) может существенно исказить картину реального тренда. При использовании первого мето-
да такие точки хорошо видны и просто исключаются из рассмотрения волевым образом (см. обсуждение этого вопроса в работе [Данилов, 2007]).
Таким образом, используя оба метода и выбирая наиболее надежные величины наклона к аппроксимирующей линии на рисунках типа рис. 2 и 3, мы получили тренды (величины к) для ионосферных станций, приведенные в таблице. Подчеркнем, что в использованном подходе есть элемент субъективизма, однако мы надеемся, что (даже при возможном наличии отдельных ошибок в определении к) в целом мы получаем достоверную картину трендов величины Д//2(зах + 2)//о/2(14)].
Пол
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.