ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 668-670
УДК 550.388.2
СВЯЗЬ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОБЛАСТИ D С ПАРАМЕТРАМИ МЕЗОСФЕРЫ ПО ДАННЫМ СТАНЦИИ МОЛОДЕЖНАЯ
© 2004 г. Л. Б. Ванина, А. Д. Данилов
Институт прикладной геофизики Росгидромета, Москва e-mail: adanilov99email.ru Поступила в редакцию 14.01.2004 г.
Рассмотрена возможность выявления метеорологических эффектов в поведении электронной концентрации в области D высоких широт на основании ракетных измерений на станциях о. Хейса и Молодежная. Для ст. о. Хейса выявить статистически значимые зависимости не удается. Для ст. Молодежная найдены зависимости [e] от зональной компоненты скорости ветра летом и меридиональной компоненты - зимой.
1. ВВЕДЕНИЕ
Ванина и Данилов [2001] анализировали данные ракетных измерений электронной концентрации и атмосферных параметров (температуры, давления, скорости и направления ветра) на метеорологических ракетах М 100Б на среднеширот-ной ст. Волгоград. Целью исследования было выявление конкретных механизмов реализации так называемого метеорологического контроля области Б. В частности, было получено, что величина электронной концентрации по-разному зависит от меридиональной составляющей скорости ветра: в нижней области Б (60 км) ^ [е] уменьшается с У60, а в верхней области Б (90 км) - растет. При этом было обнаружено, что указанная связь проявляется на статистически значимом уровне только в весенний период. Последний вывод совпал с результатами статистического анализа связи стратосферы и ионосферной области ^ (см. Ванина и Данилов [2003]). Согласно этому анализу, максимальная корреляция между стратосферным параметром й(100) и /аР2 проявляется именно в период весны-начала лета.
Представлялось заманчивым использовать для аналогичного анализа результаты большого массива измерений на ракетах М-100Б на высокоширотных станциях о. Хейса (Арктика) и Молодежная (Антарктика). Результаты анализа оказались менее продуктивными, чем предполагалось. Оказалось, что на о. Хейса электронная концентрация в очень большой и сложной мере контролируется солнечной и геомагнитной активностями. Это связано с тем, что сама станция в разные моменты суток оказывается то в полярной шапке, то в авроральном овале, то в субавроральной зоне (подробнее см. Ванина и Данилов [1998]), при
этом границы всех трех зон смещаются при изменении геомагнитной активности.
В такой ситуации зависимость [e] от солнечной и магнитной активностей очень сложна и избавиться от нее, чтобы проанализировать остаточный эффект зависимости от метеорологических параметров, не удается. Часть указанных трудностей встречается и при работе с данными измерений на ст. Молодежная. Тем не менее Ванина и Данилов [2000] и Danilov and Vanina [1999] показали, что в определенных условиях удается избавиться от зависимости [e] от солнечной и геомагнитной активности и получить зависимость [e] от температуры окружающего газа. В данной работе сделана попытка выделить связь электронной концентрации на ст. Молодежная с зональной и меридиональной компонентами скорости ветра аналогично тому, как это было сделано Ваниной и Даниловым [2001] для ст. Волгоград.
2. СРАВНЕНИЕ [e] СО СКОРОСТЬЮ ВЕТРА И ТЕМПЕРАТУРОЙ
Рассмотрим данные отдельно по сезонам. На h = = 60-65 км летом зависимость от магнитной активности мала (Danilov and Vanina [1999]). Но сильно изменяется зенитный угол Солнца % и потому необходимо пытаться избавиться именно от зависимости от последнего. Особенно сильно величина [e] меняется с зенитным углом на высотах 75 и 80 км, поэтому приходится избавляться от этой зависимости и искать связь с метеорологическими параметрами уже "остатков" величин [e] (см. далее lg*[ e ]).
Табл. 1 построена следующим образом. Рассчитаны коэффициенты корреляции между [e], зональной составляющей скорости ветра и тем-
СВЯЗЬ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОБЛАСТИ В 669
Таблица 1. Коэффициенты корреляции (%) между [е] и Уг, Т летом
X* г(№], Уг / Т) Н = 60 км К№], Уг / Т) Н = 65 км г(№], V / Т) Н = 70 км г(^*[е], Уг/Т) Н = 75 км г(^*[е], Уг/Т) Н = 80 км
V Т Уz Т Уz Т Уz Т Уz Т
58 8 -21 21 -15 -15 -29 4 -21 -16
64 9 -19 19 -16 -17 -29 6 -20 -18 -14
65 10 -24 20 -21 -13 -32 8 -25 -10 -24
66 21 -29 23 -32 -16 -40 -1 -21 -19 -30
67 39 -31 34 -44 -8 -56 7 -33 -17 -34
68 42 -25 37 -45 -5 -58 15 -39 -9 -37
69 42 -5 34 -34 -9 -43 25 -26 -11 -21
70 41 -5 29 -43 -10 -61 43 -45 7 -50
71 43 9 39 -36 -14 -49 57 -14 26 -62
72 45 10 47 -37 -13 -59 61 -29 30 -73
73 42 11 47 -38 -18 -59 56 -54 30 -73
74 51 4 51 -54 -6 -66 62 -53 26 -32
75 50 2 61 -56 -2 -66 58 -54 -11 -39
76 50 12 38 -39 -20 -38 26 -29 -99 -
77 67 39 54 -86 -2 -98 31 -97 - -
81 73 41 52 -88 21 -98 15 -97 - -
пературои на пяти высотах для разных интервалов %. Правая (верхняя) граница интервала фиксирована и равна 98°, тогда как левая (%*) является скользящеИ и приведена в левом столбце таблицы. Таким образом, мы рассчитываем коэффициенты корреляции г([е], Уг) и г([е], Т) для все более и более "темных" (с большим %) интервалов.
Из табл. 1 следует несколько выводов. Во-первых, на Н = 60 и 65 км связь [е] с Уг положительна и статистически значима на уровне 95% примерно при X = 70°. Это означает, что усиление ветра с запада приводит к росту электронноИ концентрации. На Н = 70 км искомая связь практически отсутствует - она статистически не значима. На Н =
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
75 км
60 км
-60 -40 -20
20 V, м/с
Рис. 1. Зависимость электронноИ концентрации [е] от зональноИ компоненты скорости ветра для ст. Молодежная на двух высотах в летниИ период (70° < X < 99°).
2.0 г
1.5
1.0
70 км
-30 -20 -10 0
10 20 30
Ут, м/с
Рис. 2. Зависимость электронноИ концентрации [е] от меридиональноИ компоненты скорости ветра для ст. Молодежная на высоте 70 км в зимниИ период при слабоИ геомагнитноИ активности (ЕКр < 11).
0
ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ том 44 < 5 2004
670
ВАНИНА, ДАНИЛОВ
Таблица 2. Коэффициенты корреляции (%) между [e] и Vm, Vz
h, км Границы изменения IKp Кол-во точек V V m
65 [1, 10] 12 -25 -25
70 [1, 10] 17 4 -52
75 [1, 10] 18 0 -51
80 [1, 10] 13 19 -36
= 75 км при % > 70° связь тоже положительна, однако (см. рис. 1) в формировании этой связи участвуют лишь точки с отрицательными значениями Vz (ветер с востока).
Во-вторых, на высотах, больших 60 км, наблюдается устойчивая (и статистически значимая) корреляция [e] с температурой. Знак корреляции (положительный) противоположен тому, который Danilov and Vanina [1999] получили для % > 84° (характерных для зимы и осени). Причину полученной разницы еще предстоит выяснить.
Рис. 1 иллюстрирует изменения [e] и Vz на h = 75 и 60 км. Он наглядно подтверждает указанный выше результат, что электронная концентрация падает с усилением ветра с востока и растет с усилением ветра с запада. Коэффициент корреляции r([e], Vz) составляет 0.57 для h = 75 км и 0.43 для h = = 60 км.
Для зимних условий подход к поиску корреляции [e] с Vz и Vm был изменен. Для избавления от эффектов геомагнитной активности (которые сильны при высоких величинах солнечного зенитного угла) был отдельно рассмотрен интервал очень низкой активности (LKp < 11).
Как показывают результаты, приведенные в табл. 2, ни на одной из четырех рассмотренных высот не наблюдается корреляции [e] с зональной составляющей скорости ветра. В то же время на всех высотах видна статистически значимая корреляция электронной концентрации с меридиональной составляющей скорости ветра. Связь [e] с Vm на h = 70 км приведена на рис. 2. Рисунок иллюстрирует то, что показывает статистика - с ростом ветра с севера (к полюсу) величина [e] растет. Важно подчеркнуть, что в разные сезоны (летом и зимой) на величину электронной концентрации наибольшее влияние оказывают разные составляющие скорости ветра: летом - зональная, а зимой - меридиональная. Это означа-
ет, что механизмы влияния ветра на [e] летом и зимой различны.
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Попытка выделить эффекты метеорологического влияния на электронную концентрацию в области D высокоширотной ионосферы привели к следующим результатам. Для ст. о. Хейса не представляется возможным избавиться от эффектов корпускулярной ионизации, связанных с изменением магнитной активности и смещением станции в разные зоны полярной ионосферы (ав-роральный овал, полярная шапка, субаврораль-ная зона) при изменении этой активности.
Для данных ст. Молодежная получены три вывода. Во-первых, электронная концентрация летом зависит от температуры противоположным образом, чем было получено авторами ранее для зимних условий. Во-вторых, летом [e] демонстрирует положительную связь с зональной компонентой скорости горизонтального ветра, причем эта связь лучше выражена при более слабой освещенности области D (при больших зенитных углах). В-третьих, зимой (при низкой геомагнитной активности) становится статистически значимой связь [e] с меридиональной компонентой скорости ветра, что говорит о разных механизмах влияния ветра на электронную концентрацию в разные сезоны.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 01-05-64460).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Ванина Л.Б., Данилов А.Д. Электронная концентра-
ция в верхней области D высоких широт. 1. Морфологический анализ измерений // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 38. № 5. С. 109. 1998.
- Ванина Л.Б., Данилов А.Д. Электронная концентра-
ция в верхней области D высоких широт. 3. Зависимость эффектов от высоты // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 40. № 5. С. 63. 2000.
- Ванина Л.Б., Данилов А.Д. Среднеширотная область
D и динамические процессы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 43. № 5. С. 369. 2001.
- Ванина Л.Б., Данилов А.Д. Взаимосвязь между днев-
ными и ночными величинами foF2 и стратосферным параметром h(100) // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 41. № 3. С. 660. 2003.
- Danilov A.D., Vanina L B. Comparison of the plar D-re-
gion behavior in the Arctic and Antarctic // Adv. Space Res. V. 24. № 12. P. 1655. 1999.
ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ том 44 < 5 2004
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.