УДК 533.95:537.84:551.510.535
СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНОМАЛЬНЫХ НОЧНЫХ МАКСИМУМОВ В СУТОЧНОМ ИЗМЕНЕНИИ NmF2 В ОБЛАСТИ ПОЯВЛЕНИЯ СЕВЕРНОГО ГРЕБНЯ ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ АНОМАЛИИ © 2009 г. А. В. Павлов, Н. М. Павлова, С. Ф. Макаренко, В. Н. Шубин
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк (Московская обл.) e-mail: pavlov@izmiran.ru Поступила в редакцию 19.03.2008 г. После доработки 21.05.2008 г.
Исследованы вероятности появления первого и второго аномальных ночных локальных максимумов в суточном изменении электронной концентрации NmF2 максимума слоя F2 ионосферы в области появления гребня (горба) экваториальной аномалии в северном географическом полушарии на основе данных станций вертикального зондирования ионосферы Paramaribo, Dakar, Quaga-dougou, Ahmedabad, Delhi, Calcutta, Chongoing, Guangzhou, Taipei, Chung-Li, Okinawa, Yamagawa, Panama, Bogota с 1957 по 2004 г. Доказано, что аномальные ночные максимумы NmF2 наименее часто образуются в долготной области ~53° геомагнитной долготы. Расчеты показывают отсутствие зависимости исследуемых вероятностей от солнечной активности. Геомагнитная активность слабо влияет на частоты появления первого аномального ночного максимума NmF2 примерно от 140 до 358° геомагнитной долготы. В области геомагнитных долгот примерно от 16 до 70° (т.е. в долготной зоне пониженной частоты появления аномальных ночных максимумов) вероятность появления первого аномального ночного максимума NmF2 заметно меньше в геомагнито-спокойных условиях, чем в геомагнито-возмущенных условиях. Изучена зависимость от номера месяца в году вероятностей появления первого и второго аномальных ночных максимумов NmF2.
PACS: 94.20dt
1. ВВЕДЕНИЕ
Согласно многочисленным измерениям иногда в ночных условиях вместо монотонного уменьшения во времени t электронная концентрация NmF2 максимума слоя F2 возрастает и в суточном изменении NmF2(t) в момент времени t = tp образуется аномальный ночной локальный максимум, когда выполняются условия:
NmF2(tp) > NmF2(t1), NmF2(tp) > NmF2(t2), (1)
где t1 < tp < t2, t1 и t2 — моменты ночного времени (см. [Farelo et al., 2002; Pavlov and Pavlova, 2005, 2007] и ссылки в этих работах. Иногда в течение одной и той же ночи наблюдаются два последовательных аномальных пика (два локальных максимума) в зависимости NmF2 от времени [Farelo et al., 2002; Pavlov and Pavlova, 2007]. Физико-химические процессы, формирующие слой F2 ионосферы в ночное время, и их относительная роль зависят от геомагнитной широты. Эта зависимость может быть причиной отличий механизмов формирования первого и второго аномальных ночных локальных максимумов в суточном изменении NmF2 на разных геомагнитных широтах и широтных отличий зависимостей вероятностей появления аномальных ночных локальных мак-
симумов NmF2 от солнечной и геомагнитной активности, сезона и геомагнитной долготы.
В работе [Pavlov and Pavlova, 2007] выполнено первое статистическое исследование аномальных ночных максимумов в суточном изменении NmF2 вблизи геомагнитного экватора от —5 до 6° геомагнитной широты по данным ионозондов La Paz (1957-1958, 1960-1966 гг.), Natal (1957-1958 гг.), Djibouti (1957-1958, 1961-1981 гг.), Kodaikanal (1957-1987 гг.), Madras (1957-1964, 1966 гг.), Manila (1986-1994, 1999 гг.), Talara (1957-1965, 19831984 гг.), Huancayo-Jicamarca (1957-1989, 19981999, 2001-2006 гг.). Впервые доказано, что зависимости от геомагнитной долготы вероятностей появления первого и второго аномальных ночных максимумов имеют ярко выраженные минимумы вблизи 110° геомагнитной долготы (ионозонд Djibouti). Выполненные первые исследования показали, что исследуемые вероятности увеличиваются с ростом геомагнитной активности. Изучены зависимости вероятностей появления первого и второго аномальных ночных максимумов от солнечной активности и сезона года. Минимум в широтном распределении NmF2 вблизи геомагнитного экватора (экваториальный провал) и два максимума (два гребня, или два горба) NmF2 к се-
веру и к югу от этого минимума (иногда только один гребень) — основные морфологические черты явления экваториальной аномалии [Rishbeth, 2000]. Формирование экваториального провала и гребней экваториальной аномалии взаимосвязаны [Rishbeth, 2000]. Поэтому представляет интерес выполнить статистическое исследование аномальных ночных максимумов в суточном изменении NmF2 в области появления гребня экваториальной аномалии в северном географическом полушарии на основе данных вертикального зондирования ионосферы и сравнить полученные результаты с результатами работы [Pavlov and Pavlova, 2007] для области экваториального провала.
Обычно считают, что гребни экваториальной аномалии расположены примерно от 15 до 20° и от —15 до —20° геомагнитной широты [Rishbeth, 2000]. Во время геомагнитных бурь 22—26 апреля 1990 г. в плоскости геомагнитного меридиана 201.5° геомагнитные широты гребней экваториальной аномалии изменялись от 13 до 15° и от—11 до —17° [Pavlov and Fukao, 2007]. Увеличение электронной концентрации слоя F2 ионосферы, отождествленное авторами работы [Buonsanto, 1999; Aponte et al., 2000] с гребнем экваториальной аномалии, регистрировалось ~29° геомагнитной широты во время очень сильных геомагнитных бурь. В настоящей работе проводится статистическое исследование аномальных ночных максимумов в суточном изменении NmF2 на основе измерений критической частоты слоя F2 ионозондами Paramaribo, Dakar, Quagadougou, Ahmedabad, Delhi, Calcutta, Cjongoing, Guangzhou, Taipei, Chung-Li, Okinawa, Yâmagawa, Panama, Bogota, расположенными от 12.1 до 21.7° геомагнитной широты в течение периодов измерений, показанных в табл. 1. Исходя из вышесказанного, можно считать, что эти ионозонды расположены в области появления гребня экваториальной аномалии северного полушария.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОД АНАЛИЗА ДАННЫХ
Критическая частота foF2 слоя F2 ионосферы, измеряемая ионозондами, связана с NmF2 соотношением:
NmF2 = 1.24 х 1010foF22, (2)
где NmF2 выражена в м-3, единицы измерения foF2 - МГц.
Поэтому можно считать, что NmF2 измеряется ионозондом, имея в виду вышеуказанную связь. В настоящей работе используются NmF2, измеренные ионозондами Paramaribo (5.8°N, 304.8°E), Dakar (14.8°N, 341.6°E), Quagadougou (12.4°N, 358.5°E), Ahmedabad (23.0°N, 72.6°E), Delhi (28.6°N, 77.2°E), Calcutta (23.0°N, 88.6°E), Chon-going (29.5°N, 106.4°E), Guangzhou (23.1°N,
113.4°E), Taipei (25.0°N, 121.5°E), Chung-Li (24.9°N, 121.2°E), Okinawa (26.3°N, 127.8° E), Yamagawa (31.2°N, 130.6°E), Panama (9.4°N, 280.1°E) и Bogota (4.5°N, 285.8°E), расположенными от 12.1 до 21.7° геомагнитной широты в области появления северного гребя экваториальной аномалии в течение периодов измерений, указанных в табл. 1. В этой же таблице приведено полное количество ночей, используемых при нахождении вероятностей появления аномальных ночных максимумов в суточном изменении NmF2 для каждого ионозонда. При вычислении средних значений и пределов годовых вариаций геомагнитных широт и долгот ионозондов, показанных в табл. 1, геомагнитное поле аппроксимировалось полем эксцентричного магнитного диполя с учетом годовых вариаций параметров этого диполя до 2000 г. [Деминов и Фищук, 2000]. Параметры диполя после 2000 г. считаются неизменными. Для того чтобы избежать влияния на результаты эффектов восхода и захода Солнца, в работе анализируются только часовые измерения foF2 для зенитных углов х > 100°. При статистическом анализе считается, что было выполнено измерение аномального ночного максимума в момент времени t = tp, если выполняются условия, определенные выражением (1) при tp — t1 = 1 ч, t2 — tp = 1 ч. Статистическое исследование проводится для первого и второго аномальных ночных максимумов NmF2. Для каждого ионозонда полные вероятно-
\-ritot \Tit0t
сти Tj и т2 появления первого и второго аномальных ночных максимумов NmF2 имеют вид:
Ttot _ Njtot/N*ot _ Nt°t/N*0t (3)
где Ntot — полное количество ночей, используемых при нахождении вероятностей появления аномальных ночных максимумов в суточном изменении NmF2 для каждого ионозонда (см. табл. 1);
№ и — полное количество ночей, в течение которых был измерен соответственно первый и второй аномальный ночной максимум в суточном изменении NmF2 для рассматриваемого ионозонда.
Так же, как и в работе [Pavlov and Pavlova, 2007], мы изучаем связи появления первого и второго аномальных ночных максимумов со среднесуточным индексом F10.7 солнечной активности, номером M месяца в году и средним 24-часовым индексом K геомагнитной активности. Индекс K вычисляется путем усреднения трехчасовых индексов Kp геомагнитной активности за период 24 ч. Для первого аномального ночного максимума, который наиболее часто появляется до полуночи для всех ионозондов, кроме ионозонда Calcutta (см. далее п. 3), этот 24-часовой период осреднения индексов Kp заканчивается в начальный момент (х = 100°) исследуемого ночного периода. Второй аномальный ночной максимум наиболее
Таблица 1. Геомагнитные координаты ионозондов, периоды измерений и вероятности появления первого аномального ночного максимума в суточном изменении ИтГ2
ы
U)
СЛ
H0H030HA Период измерений (годы) Геомагнитная Полное количество ночей (%) ^(ЛО.7) Л0.7< 100 (%) ^(ЛО.7) 100 < Л 0.7 < 170 (%) ^(ЛО.7) Л0.7> 170 (%) к< 3 (%) к> 3 (%)
широта (°) долгота (°)
Paramaribo 1958-1959 15.53 ±0.02 16.26 ±0.03 326 35 - 36 35 27 46
Dakar 1957-1959, 1961-1987, 1989 19.5 ±0.6 53.4 ±0.6 8096 17 21 13 16 14 27
Quagadougou 1966-1989 14.5 ±0.4 69.3 ±0.3 7009 20 25 15 21 14 32
Ahmedabad 1957-1978, 1980-1981, 1983-1986, 1997-1999, 2001 13.5 ±0.2 141.0 ±0.7 8242 59 53 65 59 59 58
Delhi 1957-1974, 1976-1981, 1985-1986 18.7 ±0.1 145.8 ±0.5 5329 46 49 46 41 47 44
Calcutta 1957-1960, 1964-1976 12.2 ±0.1 156.2 ±0.5 2051 30 40 22 30 28 34
Chongoing 1991-2004 19.0 ±0.1 174.9 ± 0.2 2079 74 69 76 75 72 78
Guangzhou 1991-2004 12.3 ±0.1 182.1 ±0.3 2200 79 76 80 82 78 82
Taipei 1959-1982, 1995 14.3 ±0.3 189.2 ± 1.0 8237 70 65 73 76 69 76
Chung-Li 1986-1998 14.4 ±0.2 189.7 ±0.4 4008 64 57 73 73 62 73
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.