научная статья по теме ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕСЯЦА ГОДА СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК NMF 2 СРЕДНИХ ШИРОТ В ГЕОМАГНИТО-СПОКОЙНЫХ УСЛОВИЯХ ВБЛИЗИ ПОЛДНЯ ПРИ НИЗКОЙ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕСЯЦА ГОДА СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК NMF 2 СРЕДНИХ ШИРОТ В ГЕОМАГНИТО-СПОКОЙНЫХ УСЛОВИЯХ ВБЛИЗИ ПОЛДНЯ ПРИ НИЗКОЙ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ»

УДК 533.95:537.84:551.510.535

ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕСЯЦА ГОДА СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК NmF2 СРЕДНИХ ШИРОТ В ГЕОМАГНИТО-СПОКОЙНЫХ УСЛОВИЯХ ВБЛИЗИ ПОЛДНЯ ПРИ НИЗКОЙ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ © 2015 г. А. В. Павлов, Н. М. Павлова

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН), г. Москва, г. Троицк e-mail: pavlov@izmiran.ru Поступила в редакцию 24.04.2014 г. После доработки 24.02.2015 г.

Выполнено исследование изменений от месяца к месяцу статистических характеристик электронной концентрации NmF2 максимума слоя F2 ионосферы средних широт для геомагнито-спокойных условий вблизи полдня. В проведенном статистическом анализе были использованы критические частоты слоя F2 ионосферы, измеренные ионозондами в Ашхабаде, Ташкенте, Ростове, Иркутске, Москве, Свердловске, Томске и Магадане при низкой солнечной активности с 1957 по 2013 гг. Для каждого месяца были вычислены математическое ожидание и среднее арифметическое значение NmF2, среднее арифметическое значение медианы NmF2 и наиболее вероятная величина NmF2. Отмечены месяцы существования локальных экстремумов этих статистических характеристик NmF2. Показано, что в зависимостях от месяца года над Ашхабадом, Ташкентом и Свердловском имеет место полугодовая симметрия времени реализации локальных максимумов математического ожидания NmF2, среднеарифметических значений NmF2 и средней медианы NmF2. Полугодовая симметрия наиболее вероятного значения NmF2 обнаружена над Ашхабадом. Проведено сравнение статистических параметров NmF2 друг с другом для каждого ионозонда при фиксированном месяце года. Из этого сравнения следует, что значения наиболее вероятного NmF2, математического ожидания NmF2 и арифметически средней медианы NmF2 могут заметно отличаться друг от друга, а максимальное отличие математического ожидания NmF2 от арифметически среднего NmF2 составляет 0.9%.

DOI: 10.7868/S0016794015040112

1. ВВЕДЕНИЕ

Концентрация NmF2 максимума слоя F2 ионосферы зависит от месяца года, формируя сезонные вариации NmF2 [Rishbeth et al., 2000; Zou et al., 2000]. Полуденные месячные медианы критической частоты foF2 слоя F2 ионосферы, измеренной ионозондами Slough, Christchurch, Johannesburg и Cape Town с 1946 по 1970 г., были использованы для представления временных вариаций NmF2 [Torr and Torr, 1973]. Однако детальная зависимость от месяца года этой величины была представлена только для ионозондов Slough и Johannesburg за период 1958 г., когда индекс солнечной активности F10.7 изменялся от 161 до 344 [Torr and Torr, 1973]. Отличия арифметически средних значений полуденных месячных медиан NmF2 за период 1961, 1962, 1966, 1973 и 1984 гг. (68 < F10.7 < < 184) от периода 1957-1959, 1979-1981 и 1989— 1990 гг. (124 < F 10.7 < 371), полученных из измерений ионозондов Kerguelen, Slough, Wallops Is., Hobart, Port Stanley и Wakkanai, изучены в работе [Zou et al., 2000]. Исследованы вариации арифметически средних месячных foF2, измеренных

ионозондом Новосибирска с 1997 по 2006 г., без разделения измеренных foF2 на геомагнито-спо-койные и возмущенные foF2 [Rao et al., 2014]. Для периодов 1997 г. (69 < F10.7 < 121) и 2001 г. (118 < < F10.7 < 286) представлены зависимости от месяца года арифметически средних месячных foF 2 [Rao et al., 2014]. Таким образом, опубликованные исследования зависимости от месяца года статистических характеристик NmF2 средних широт соответствуют временным периодам сильных вариаций F 10.7. При таких изменениях F 10.7 вариации NmF2 в цикле солнечной активности могут оказать существенное влияние на зависимость от месяца года статистических характеристик NmF2, не позволяя сделать корректные выводы о рассматриваемой зависимости для какого-либо уровня солнечной активности при слабой изменчивости F10.7.

Изучение вариаций ионосферных параметров примерно над одной и той же точкой поверхности Земли в фиксированные день года и момент местного времени (или при близких значениях местного времени и номера дня в году) в геомагнито-

Таблица 1. Зависимости от номера М месяца в году МтГ2МР, {ИтШ) и МтГ2МЕВ (выраженных в единицах 105 см 3) над Ашхабадом, Ташкентом, Ростовом и Иркутском в геомагнито-спокойных условиях вблизи 12:00 $ЕГ

M Ашхабад NmF2MP(NmF2)NmF2MED 105 см-3 Ташкент NmF2MI{NmF2)NmF2MED 105 см-3 Ростов NmF2MI{NmF2)NmF2MED 105 см-3 Иркутск NmF2MP{NmF2)NmF2MED 105 см-3

1 3.70 4.86 4.82 4.10 4.92 4.94 3.70 4.32 4.27 4.10 4.33 4.49

2 5.50 5.30 5.65 4.70 5.18 5.45 4.50 4.81 4.58 4.50 4.63 4.68

3 5.50 6.25 6.75 6.70 6.07 6.14 5.50 5.15 4.98 6.10 5.44 5.28

4 6.10 6.97 7.18 5.50 6.42 6.56 5.50 5.11 4.84 4.70 4.40 4.17

5 5.10 5.66 5.89 4.70 5.43 5.12 4.10 4.25 3.98 3.70 3.42 3.20

6 4.70 5.06 4.98 4.10 5.02 4.39 3.70 4.16 4.24 3.30 3.05 3.10

7 4.10 4.60 4.17 4.10 4.49 4.29 3.70 3.62 3.35 2.90 2.96 2.98

8 4.50 4.65 4.54 4.10 4.53 4.61 3.70 3.85 3.91 3.30 3.26 3.16

9 5.50 5.69 5.67 5.50 5.44 5.57 4.50 4.51 4.55 4.10 4.07 4.13

10 6.70 6.92 7.17 6.70 6.67 6.81 6.10 5.85 5.50 6.70 6.13 5.13

11 4.70 5.60 5.75 5.50 5.95 6.39 5.90 5.67 5.70 5.50 5.71 5.72

12 4.70 5.11 5.06 5.50 5.10 5.25 4.10 4.19 4.40 4.50 4.33 4.49

спокойных условиях и примерно одинаковом уровне солнечной активности выявило значительную изменчивость от одного дня к другому дню концентрации NmF2 максимума слоя F2 ионосферы. Возможные источники этой изменчивости рассмотрены в работах [Forbes et al., 2000; Rishbeth and Mendillo, 2001]. Данная изменчивость NmF2 позволяет рассматривать NmF2 как случайный параметр, для изучения вариаций которого можно применять статистические методы, описанные, например, в монографии [Вентцель и Овчаров, 1988]. Такой статистический подход был использован в работах [Павлов и Павлова, 2012; Pavlov et al., 2010; Pavlov, 2012a; Pavlov and Pavlova, 2013, 2014] для исследования зимней и полугодовой аномалии NmF2 и аномального явления ве-сенне-осенней асимметрии NmF2, которые являются следствием изменения геомагнито-спокой-ных NmF2 в течение года.

Цель настоящей работы — впервые рассчитать для каждого месяца года и изучить изменения от месяца к месяцу математического ожидания и наиболее вероятного NmF2 для средних широт в геомагнито-спокойных условиях вблизи полдня при низкой солнечной активности по данным ионозондовых измерений foF2 с 1957 по 2013 г. над Ашхабадом, Ташкентом, Ростовом, Иркутском, Москвой, Свердловском, Томском и Магаданом. Зависимости от месяца года этих статистических параметров NmF2 будут сопоставлены с вариациями от месяца к месяцу арифметически средней медианы NmF2 и арифметически среднего геомагнито-спокойных NmF2.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОД ИХ АНАЛИЗА

В работе используются часовые ионозондовые измерения foF2 над Ашхабадом (37.9° N, 58.3° E, 1957-1962 гг., 1964-2006 гг., 2009-2013 гг.); Ташкентом (41.3° N, 69.6° E, 1961-1963 гг., 19641998 гг., 2000-2006 гг.); Ростовом (47.2° N, 39.7° E, 1957-1980 гг., 1991-2006 гг.); Иркутском (52.5° N, 104.0° E, 1957-1992 гг., 1996-1997 гг., 2010-2012 гг.); Москвой (55.2° N, 37.3° E, 1957-2006 гг., 20092013 гг.); Свердловском (56.4° N, 58.8° E, 19571995 гг., 2001 г.); Томском (56.5° N, 84.9° E, 19571998 гг., 2001-2006 гг., 2009-2013 гг.) и Магаданом (60.0° N, 151.0° E, 1968-2006 гг., 2009-2013 гг.), где в скобках указаны географические координаты и годы, в течение которых проводились ионо-зондовые измерения. Величины foF2 были скопированы с помощью интернета из базы данных геофизического центра данных Боулдер (США). В геомагнито-спокойных условиях ионосфера средних широт северного географического полушария расположена в промежутке изменения геомагнитных широт 30°-55° [Брюнелли и Нам-галадзе, 1988]. Исходя из средних значений геомагнитных широт вышеуказанных ионозондов, приведенных в табл. 3 работы [Pavlov and Pavlova, 2014], можно сделать вывод, что в геомагнито-спокойных условиях рассматриваемые ионозон-ды расположены на средних широтах северного географического полушария. Для определения значений NmF2 используется связь между NmF2 и foF2 [Брюнелли и Намгаладзе, 1988].

Релаксация состава нейтральной верхней атмосферы от возмущенных к спокойным условиям происходит за ~7—12 ч. в среднем [Hedin, 1987],

Таблица 2. Зависимости от номера М месяца в году Мш¥2МР, (ЛШ/2) и Мш¥2мев (выраженных в единицах 105 см 3) над Москвой, Свердловском, Томском и Магаданом в геомагнито-спокойных условиях вблизи 12:00 $ЕГ

М Москва NmF2MP (NmFl) NmF2MED 105 см-3 Свердловск NmF2MF(NmFÏ)NmF2MED 105 см-3 Томск NmF2MP{NmF2)NmF2MED 105 см-3 Магадан NmF2MP(NmF2 )NmF2MED 105 см-3

1 4.10 4.06 4.06 3.70 3.96 3.92 3.70 4.06 3.95 3.70 3.84 3.58

2 4.10 4.16 3.94 4.50 4.34 4.22 4.10 4.59 4.33 3.30 3.86 3.55

3 4.70 4.16 3.92 4.70 4.74 4.50 5.50 4.99 4.88 3.30 3.81 3.63

4 4.10 4.00 3.94 4.70 4.82 4.54 4.90 4.79 4.59 2.70 3.19 2.93

5 3.70 3.64 3.53 4.70 4.13 3.85 3.70 3.89 3.59 2.50 2.76 2.48

6 3.30 3.43 3.41 3.70 3.60 3.43 3.30 3.35 3.32 2.50 2.58 2.47

7 3.30 3.28 3.13 2.90 3.33 3.20 2.90 3.20 3.23 2.50 2.58 2.38

8 3.30 3.48 3.34 3.70 3.71 3.55 3.30 3.52 3.31 2.50 2.69 2.43

9 4.10 4.05 3.73 4.50 4.58 4.34 4.10 4.44 4.07 3.70 3.36 2.82

10 5.50 5.14 4.63 6.70 5.73 5.47 6.70 6.30 6.05 4.10 4.62 4.14

11 4.70 4.81 4.73 4.50 4.97 4.86 4.70 5.37 5.57 3.70 4.45 4.48

12 4.10 4.03 4.05 3.70 4.15 4.11 4.10 4.05 4.14 3.70 3.86 3.83

при этом время полного восстановления состава нейтральной верхней атмосферы выше 120 км может составлять несколько суток [Richmond and Lu, 2000]. Поэтому, если в момент измерения NmF2 значение трехчасового индекса Kp геомагнитной активности не превышало 3, то это не всегда означает, что NmF2 соответствует геомагнито-спокойным условиям. Следуя подходу [Павлов и Павлова, 2012; Pavlov et al., 2010; Pavlov, 2012a; Pavlov and Pavlova, 2013, 2014], в настоящей работе NmF2, измеренное в момент мирового времени UT, рассматривается как геомагнито-спокойное значение NmF2, если Kp < 3 в течение 24-часового периода, предшествующего моменту измерения NmF2, включая момент измерения NmF2.

Для каждого ионозонда проводится сортировка геомагнито-спокойных NmF2 по номеру месяца в го

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»