научная статья по теме ВЫСОТНЫЕ ПРОФИЛИ АМПЛИТУД КРУПНОМАСШТАБНЫХ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВЫСОТНЫЕ ПРОФИЛИ АМПЛИТУД КРУПНОМАСШТАБНЫХ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ»

УДК 550.383

ВЫСОТНЫЕ ПРОФИЛИ АМПЛИТУД КРУПНОМАСШТАБНЫХ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ © 2013 г. А. Ф. Яковец, В. В. Водянников, Г. И. Гордиенко, Ю. Г. Литвинов

Институт ионосферы, АО Национальный центр космических исследований и технологий, Алматы, Казахстан

e-mail: artyak40@mail.ru Поступила в редакцию 14.11.2012 г.

После доработки 23.01.2013 г.

Проанализированы ночные высотные профили амплитуд крупномасштабных перемещающихся ионосферных возмущений (КМ ПИВ), полученные по данным вертикального зондирования в Алма-Ате (76°55' E, 43°15' N) за период 2000—2007 гг. Высотные профили получены из временных вариаций электронной плотности Nh(t) на серии высот /-области ионосферы с высотным шагом 10 км. Всего было проведено 1166 ночных наблюдений, из которых 581 ночь характеризовалась волновой активностью. Для анализа были выбраны ночи с максимальной амплитудой вариаций Nh(t), превышающей 25%. Общее число таких ночей составило 63, при этом КМ ПИВ наблюдались как в магнитоспокойные, так и магнитоактивные периоды. Получены регрессионные соотношения между высотой максимума области F и высотой, которой соответствовала максимальная абсолютная амплитуда волны, а также между значениями максимальной амплитуды на высотном профиле и значением амплитуды вариаций NmF(t) в максимуме слоя.

DOI: 10.7868/S0016794013050179

1. ВВЕДЕНИЕ

Крупномасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (КМ ПИВ) вызываются атмосферными гравитационными волнами (АГВ), генерируемыми в полярных районах во время геомагнитных возмущений [Hunsucker, 1982], когда быстрое усиление авроральных электродже-тов приводит к нагреву атмосферы. Процесс быстрого расширения и последующего сжатия атмосферы генерирует АГВ, распространяющуюся к экватору и вызывающую появление КМ ПИВ на пути ее распространения. Распространение АГВ в нейтральной атмосфере и их ионосферное проявление изучалось как экспериментально, так и теоретически в течение многих лет. Результаты этих исследований сведены в ряде обзорных работ [Yeh and Liu, 1974; Hunsukker, 1982; Hocke and Schlegel, 1996]. В работе [Tsugawa et al., 2004] на основе анализа данных GPS приемников показано, что существует заметная вероятность (28% от полного числа) наблюдения КМ ПИВ и при спокойных магнитных условиях (Кр < 3). Типичные параметры КМ ПИВ в /-области ионосферы представляют следующие величины: периоды занимают диапазон 40 мин — 3 ч; горизонтальные длины волн — 1000—3000 км; фазовые скорости — 400—1000 м/с. Значительное число работ посвящено измерению этих параметров при различных геомагнитной и солнечной активностях, однако работ, посвященных результатам измерения вы-

сотных профилей амплитуд, сравнительно немного [Федоренко и др., 2011; У^оу й а1., 2011; Бурмака и Черногор, 2012]. Важность этого параметра определяется тем, что он позволяет исследовать механизмы распространения АГВ на дальние расстояния. Например, Федоренко и др., [2011] в рамках концепции волноводного распространения АГВ по форме высотного профиля оценили высоту расположения волновода и эффективные размеры его поперечного сечения. Следует отметить заметные расхождения в экспериментальных данных, полученных разными авторами. Если в работах [У^оу й а1., 2011; Бурмака и Черногор, 2012] максимальная амплитуда возмущений наблюдалась вблизи 200 км, то в работе [Федоренко и др., 2011] по данным шестидневных наблюдений на харьковском радаре некогерентного рассеяния показано, что высоты, соответствующие максимальной амплитуде возмущений, распределены между 200 и 400 км. Расхождения результатов, полученных в этих работах, по-видимому, можно объяснить разной геомагнитной обстановкой, в которой проводились измерения. Наблюдения [У1а80У й а1., 2011; Бур-мака и Черногор, 2012] проводились при низкой геомагнитной активности, а часть сеансов наблюдений [Федоренко и др., 2011] совпала с очень большой магнитной бурей 8—10 ноября 2004 г. Поэтому изучение поведения высотных профилей амплитуд КМ ПИВ на временном интервале,

включающем все фазы солнечной активности и разные уровни геомагнитной возмущенности, представляет значительный интерес.

Настоящая работа посвящена анализу поведения высотных профилей амплитуд КМ ПИВ над ст. Алма-Ата в 2000—2007 гг., полученных во второй половине 23-го цикла солнечной активности в широком диапазоне изменения солнечной и геомагнитной активностей.

2. ОПИСАНИЕ АППАРАТУРЫ, МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ И РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ

Ночные наблюдения КМ ПИВ в /-области ионосферы проводятся в Институте ионосферы (Алма-Ата 76°55' Е, 43° 15' N на цифровом ионо-зонде "ПАРУС", сопряженном с компьютером, предназначенным для сбора, хранения и обработки ионограмм в цифровом виде. Информация, необходимая для расчетов разнообразных параметров КМ ПИВ, считывается с ионограмм полуавтоматическим методом. Зондирование ионосферы проводится каждые 5 мин. Длина ночных сеансов измерений изменяется в зависимости от сезона и составляет ~ 8—12 ч. С ионограмм считы-ваются значения действующих высот отражения И'(0 радиосигнала на ряде фиксированных рабочих частот зондирования и значения критических частот/о/. Дальнейшая обработка включает в себя расчет высотных распределений электронной плотности (Щ(И)-профилей) методом Титериджа [ТИкег1ё§е, 1985] и получение на их основе вариаций ряда параметров /-области (электронной плотности на фиксированных высотах ЩИ(0; плотности в максимуме слоя ЩтД?); высоты максимума слоя ИтР(1) и др.). Ионозонд обеспечивает точность считывания И'(0 ~ 2.5 км и точность считывания /о/~ 0.05 МГц. Выбор ночного периода суток для наблюдений был обусловлен тем, что КМ ПИВ с большими амплитудами вариаций ионосферных параметров на средних широтах наблюдаются в основном в ночное время [Иа]ко'ШС2, 1990; АзЪкаИеу е! а1., 2003; Карпачев и Деминова, 2004]. За период 2000—2007 гг. было проведено 1166 ночных наблюдений, при этом 581 ночь характеризовались волновой активностью [Яковец и др., 2011]. Вариации ЩИ(1) на серии высот И позволяли определять форму высотного профиля амплитуд А(И) с максимальной абсолютной амплитудой Ат. Для анализа мы выбрали сеансы наблюдений, во время которых были зарегистрированы КМ ПИВ с относительной амплитудой (8И), превышающей 25%, на высоте, соответствующей Ат. Здесь 8И = = А(И)/Щ(И), где А(И) — абсолютная амплитуда волны на высоте И и Щ(И) — величина невозмущенной электронной плотности на данной высоте. Выбор сеансов наблюдений, в течение кото-

рых были зарегистрированы КМ ПИВ с большими абсолютными и относительными значениями амплитуд, обеспечивал высокую точность построения высотных профилей амплитуд даже вблизи высот основания слоя, которые характеризуются малыми значениями А(И) и ЩИ). Всего таких сеансов оказалось 63 (5.4% от общего числа наблюдений). Эти сеансы были разделены на две группы в соответствии с максимальной величиной геомагнитных возмущений, имевших место во временном интервале, начинающемся за несколько часов до начала сеанса наблюдений и оканчивающемся в конце сеанса. Общее число наблюдений с умеренной и большой геомагнитной активностью (Dst < —50 пТ) оказалось 26, при этом 12 ночей характеризовались большими геомагнитными бурями (Dst < —100 пТ). 37 наблюдений характеризовались низкой магнитной активностью (Dst > —50 пТ).

На рисунке 1а, б представлены примеры вариаций электронной плотности для ночей 31 мая—1 июня 2001 г. и 30—31 августа 2004 г. на серии высот с расстоянием между соседними высотами 10 км для условий низкой (Dst = —12 пТ) и высокой (Dst = —129 пТ) геомагнитной активности соответственно. Нижняя кривая соответствует высоте основания слоя (И = 190 км). Верхняя (жирная) кривая соответствует вариациям ЩтР(1) в максимуме слоя Ит/. На рисунке представлены сглаженные вариации плотности с отфильтрованными высокочастотными флуктуациями. Для удаления из первичных данных высокочастотных составляющих как ионосферного происхождения, так и вызванных шумом, возникающим в процессе обработки данных, осуществлялась низкочастотная фильтрация рядов с применением скользящего окна длительностью Т = 30 мин. Вариации приведенные на рис. 1б, можно связать с большой магнитной бурей с внезапным началом, главная фаза которой началась в 04:00 иТ и закончилась в 23:00 иТ 30 августа 2004 г., когда Dst-индекс достиг значения —129 пТ Если полагать, что КМ ПИВ начались в ~22:00 ЬТ (17:00 иТ) и учесть, что обычное время распространения возмущений от полярных до средних широт составляет ~2—3 часа [Иишискег, 1982], то оказывается, что АГВ, приведшие к появлению КМ ПИВ, были сгенерированы вблизи середины главной фазы бури, когда Dst-индекс достиг —70 пТ. Вариации электронной плотности, представленные на рисунке, демонстрируют особенность, характерную для большинства сеансов, в которых наблюдались КМ ПИВ. Особенность заключается в том, что КМ ПИВ в вариациях ЩтД0 проявляются значительно слабее, чем в вариациях ЩИ(1) на фиксированных высотах, расположенных ниже высоты максимума слоя. Причины такой высотной зависимости реакции ионосферы на прохождение АГВ рассмотрены в работе [Яковец и др., 2008].

Время, ЬТ, ч

N¿(0, м-3 б

Время, ЬТ, ч

Рис. 1. Примеры вариаций электронной плотности N¿(0 для ночей 31 мая-1 июня 2001 г. и 30-31 августа 2004 г. на серии высот с расстоянием между соседними высотами 10 км для условий низкой (Dst = -12 пТ) (а) и высокой (Dst = -129 пТ) (б) геомагнитной активности соответственно.

На рисунке 2а, б представлены высотные профили абсолютных и относительных амплитуд возмущений 1, 2, рассчитанные из вариаций

N¿(0, помещенных на рис. 1а, б соответственно. Высотные профили амплитуд возмущений строились для каждой периодической волны, зафикси-

рованной в течение сеанса измерений. На рисунке 1а, б отчетливо видны по две волны, которые обозначены цифрами 1 и 2. В сеансе 31 мая-1 июня 2001 г. высота, соответствующая максимальной абсолютной амплитуде, как для волны 1, так и для волны 2, равна 240 км, при этом средняя высота максимума слоя составляла 280 км. В сеансе 30—31 августа 2004 г. высоты, соответствующие максимальной абсолютной амплитуде, как для волны 1, так и для волны 2, составляли 310—

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