научная статья по теме ВЫБОР РЯДОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТРЕНДОВ ПАРАМЕТРОВ СЛОЯ F2 ИОНОСФЕРЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВЫБОР РЯДОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТРЕНДОВ ПАРАМЕТРОВ СЛОЯ F2 ИОНОСФЕРЫ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2015, том 55, № 3, с. 361-369

УДК 350.385

ВЫБОР РЯДОВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТРЕНДОВ

ПАРАМЕТРОВ СЛОЯ F2 ИОНОСФЕРЫ © 2015 г. А. В. Константинова, А. Д. Данилов

Институт прикладной геофизики им. акад. Е.К. Федорова Росгидромета, г. Москва e-mails: adanilov99@mail.ru; anna@tabulata.ru Поступила в редакцию 03.12.2014 г.

Показано, что одной из основных причин различия в величинах трендов параметров слоя F2, foF2 и hmF2, полученных в серии работ авторов и опубликованных другими исследователями, является использование исходных рядов данных разной длины. Приводятся аргументы в пользу того, что систематические изменения в слое F2 начались около 1980 г. При поиске трендов авторы рассматривают периоды после 1980 г. В то же время, большинство других исследователей используют для нахождения трендов весь имеющийся массив данных, начинающийся в 1957, 1958 гг. (а иногда и раньше). При этом в анализируемый интервал времени автоматически включается период до 1980 г., когда тренды отсутствовали. Это приводит к существенному занижению магнитуды получаемых отрицательных трендов foF2 и hmF2. Приводятся конкретные примеры, основанные как на данных авторов, так и других исследователей, которые подтверждают указанное положение.

DOI: 10.7868/S0016794015030116

1. ВВЕДЕНИЕ

Проблема долговременных изменений (трендов) параметров ионосферного слоя F2, foF2 и hmF2, хорошо известна и неоднократно обсуждалась на страницах журнала. В настоящее время существуют значительные расхождения в величинах трендов foF2 (k(fo)) и hmF2 (k(hm)), получаемых разными группами исследователей. Мы планируем подробно рассмотреть эту проблему с анализом наиболее известных и полных работ по определению k(fo) и k(hm) и причин расхождения результатов в следующей статье. Приводимые в этой работе результаты являются важной частью указанного анализа, однако, поскольку они требуют представления достаточно большого графического материала, чтобы не перегружать следующую статью, мы выделяем вопрос о роли длины исходных рядов foF2 и hmF2 при определении k(fo) и k(hm) в самостоятельную публикацию.

Для лучшего понимания данной работы мы напомним кратко, что в серии публикаций авторов [Данилов и Константинова, 2013а, б; Danilov and Konstantinova, 2013] были подробно рассмотрены долговременные тренды foF2 и hmF2. Для анализа были использованы архивы различных банков ионосферных данных и проведена их "очистка" от заведомо ошибочных значений. За деталями мы отсылаем читателей к указанным публикациям. Рассматривались два момента местного времени (14:00 LT и момент SS + 2 через два часа после захода Солнца) и два периода года (январь—февраль и июнь—июль). В данной работе мы не будем касаться трендов, полученных для

специфического момента 88 + 2, а будем обсуждать величины к(/о) и к(Нт), полученные в указанных работах для 14:00 КГ.

В недавней работе Данилова и Константиновой [2015], были подробно проанализированы вариации трендов/о/2 с сезоном и местным временем. Было получено, что для всех исследованных станций наблюдается одна и та же картина. В суточном ходе наибольшие величины отрицательных трендов наблюдаются в районе полудня (10:00—16:00 КГ). В течение года к(/о) изменяются от небольших и статистически мало значимых величин, лежащих в пределах ±0.010 МГц в год в летний период, до значений от —0.04 до —0.07 МГц в год зимой и ранней весной. Как будет показано в следующей работе, существование выраженного суточного и сезонного хода величин к(/о) является одной из двух основных причин различия трендов /о/2, получаемых различными группами авторов. Неправильный с нашей точки зрения выбор рядов исходных данных/о/2 и кт¥2 является второй такой причиной.

2. ВЫБОР АНАЛИЗИРУЕМОГО ПЕРИОДА

Вертикальное зондирование на разных ионосферных станциях глобальной сети началось в разное время. Подавляющее большинство станций приступили к регулярному зондированию в период Международного Геофизического Года (МГГ) в 1957—1958 гг. Соответственно, анализируемые при поиске трендов ряды данных по /о/2 и кт¥2 начинаются на большинстве станций именно с

1957—1958 гг. Эти два года важны для анализа трендов, поскольку для них характерны самые высокие величины годового индекса солнечной активности /10.7 — 231 и 232 sfu соответственно. Но данные для 1957 г. присутствуют не для всех станций. Поэтому ниже для краткости мы будем указывать началом интервала используемых данных 1958 г., помня, однако, что в ряде случаев привлекаются и данные 1957 г.

Однако есть станции, где зондирование велось и до этого. Так, архивы содержат данные вертикального зондирования на ст. Slough начиная с 1941 г. Позднее она была переименована в Chilton и часто обозначается как Slough/Chilton, однако, поскольку большая часть наблюдений приходится на период, когда она называлась Slough, мы для краткости будем ниже использовать это название. На старейшей в России ионосферной станции в г. Томске вертикальное зондирование началось в 1937 г. Отметим, что на некоторых ионосферных станциях (особенно в Тихоокеанском регионе) регулярное зондирование было прекращено в конце 80-х годов и для более позднего периода данные для этих станций отсутствуют в ионосферных банках, поэтому эти станции не могут использоваться для вычисления долговременных трендов в течение последних десятилетий.

Сделаем одну оговорку. Строго говоря, при вертикальном зондировании не получают непосредственно высоту слоя F2, hmF2. В банках данных приводится величина коэффициента М(3000), получаемая из ионограмм. Величины hmF2 получаются авторами упоминаемых здесь работ путем пересчета величины М(3000) в величину hmF2, используя одну из имеющихся формул. В подавляющем большинстве случаев (в частности, в подробно рассматриваемых здесь работах [Bremer et al., 2012; Mielich and Bremer, 2013; Cnossen and Franzke, 2014; Данилов и Константинова, 2013б] используется известная формула Shi-mazaki [1955]. Для краткости изложения мы будем ниже говорить об измерениях foF2 и hmF2, помня, что реально измеряется параметр М(3000), а анализируемые величины hmF2 получаются из этого параметра путем пересчета.

В подавляющем числе работ по нахождению kfo) и k(hm) авторы стараются использовать весь имеющийся период наблюдений. Не останавливаясь здесь на деталях используемых методов (это будет сделано в следующей работе), скажем только, что в основном строятся кривые регрессии анализируемого параметра foF2 или hmF2) в зависимости от солнечной и геомагнитной активности. Выбор наиболее правильного индекса солнечной активности (поток радиоизлучения F 10.7, число солнечных пятен Rz, характеристика солнечного ультрафиолета Е 10.7 и др.) часто является предметом обсуждения, выходящего за рамки

данной статьи. Мы лишь отметим, что чаще всего как индикатор солнечной активности используется индекс F 10.7.

Несколько слов о конце анализируемого интервала. Как правило, авторы используют для анализа данные до конца периода, который охватывает используемый банк данных. Во многих недавних работах [Bremer et al., 2012; Mielich and Bremer, 2013; Cnossen and Franzke, 2014; Данилов и Константинова, 2015] используется банк медианных значений foF2 и hmF2, опубликованный в работе [Damboldt and Suessmann, 2012]. Данные в этом банке заканчиваются 2009 г. Соответственно, в указанных выше работах исходные ряды данных, используемые для анализа трендов, заканчиваются этим годом. Однако при анализе данных вертикального зондирования на ст. Sodankyla в работе [Roininen et al., 2014] используется весь ряд измерений hmF2 c 1957 по 2014 г. В некоторых случаях авторы убирают из исходного ряда данные за 2008 и 2009 гг. (глубокий минимум солнечной активности). В работе [de Haro Barbas et al., 2014] использован "скользящий" конец интервала исходных данных. Тренды вычисляются сначала для периода 1964—1994 гг., а затем к анализируемому ряду добавляется по одному году и вычисляется тренд для 1994—1995 гг., 1994—1996 гг. и так далее до 2008 г. Целью такого подхода является показать, что в 23-м цикле солнечной активности (1996—2008 гг.) отрицательные тренды foF2 выше, чем в предыдущий период. В работах [Bremer et al., 2012; Mielich and Bremer, 2013] подробно анализируется зависимость получаемых трендов foF2 и hmF2 от длины ряда исходных данных, однако рассматриваются ряды, начинающиеся в год начала наблюдений на данной станции.

Выбор начала анализируемого периода является очень важным шагом при поиске трендов foF2 и hmF2. В работах одного из авторов было показано, что систематическое изменение параметров слоя F2 начинается около 1980 г. (плюс-минус 2-3 года). Подробно анализировались различные характеристики слоя F2: степень изменчивости hmF2 [Данилов и Ванина-Дарт, 2009, 2010а; Danilov, 2009], отношение критических частот foF2 в дневное (14:00 LT) и ночное (02:00 LT) время [Данилов и Ванина-Дарт, 2010б], коэффициент корреляции R(foF2) между дневными и ночными величинами foF2 [Данилов и Ванина-Дарт 2008; Danilov, 2008]. Поведение всех указанных параметров указывает на начало систематических изменений в слое F2 около 1980 г.

Вывод о начале изменений параметров слоя F2 около 1980 г. был подтвержден данными наблюдений методом некогерентного рассеяния (НР) на установке Saint Santin, опубликованными в работе [Donaldson et al., 2010]. Одним из наиболее ин-

т, к

1060 1050 1040 1030 1020 1010 1000 990 980 970 960 950

1970

1975

1980

1985 Годы

Рис. 1. Изменение со временем температуры ионов по измерениям методом НР согласно работе [Donaldson et al., 2010].

тересных результатов этой работы является констатация факта, что тренд в ионной температуре Ti начал проявляться примерно с 1980 г. Если брать весь интервал наблюдений с 1968 г. по 2006 г., величина тренда Ti оказывается существенно ниже (минус 3—4 К в год), чем если брать интервал с 1980 г. (минус 4—5 К в год). Очевидно, что этот результат хорошо согласуется (о чем говорится и в работе [Donaldson et al., 2010]) с результатами, полученными одним из авторов и описанными выше, о том, что многие тренды параметров ионосферного слоя F2 начинаются

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»