ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 655-660
УДК 551.510
ДОЛГОПЕРИОДНЫЕ ВАРИАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СРЕДНЕШИРОТНОГО СПОРАДИЧЕСКОГО СЛОЯ E И ИХ РЕГИОНАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
© 2004 г. С. В. Максштин, О. Н. Шерстюков
Казанский государственный университет, Казань e-mail: Oleg.Sherstyukov@ksu.ru Поступила в редакцию 25.08.2003 г.
После доработки 10.02.2004 г.
На основе проведенного анализа долгопериодных вариаций foEs, fbEs и диапазона полупрозрачности спорадического слоя E для 22 среднеширотных станций северного полушария обнаружены значимые тренды рассмотренных частотных параметров слоя Es. Для среднесезонных значений параметра fbEs на всех рассмотренных станциях преобладают положительные тренды, для диапазона полупрозрачности - отрицательные. Обнаружена региональная изменчивость знака тренда среднесезонных значений foEs: отрицательный тренд значений foEs преобладает в России, положительный - в Западной Европе. Величины трендов ночных значений частотных параметров слоя Es, в основном, превышает тренды дневных значений, при этом систематических различий в величине трендов для различных сезонов не обнаружено.
1. ВВЕДЕНИЕ
В последние годы проблема глобальных изменений в земной атмосфере и ионосфере, вызванных антропогенным воздействием, вызывает постоянный интерес исследователей. Неоднократно рассматривались климатические изменения в параметрах регулярных слоев E и F2 [Гивишвили, Лещенко, 1996; Danilov, Mikhailov, 1999; Danilov. Mikhailov, 2001; Деминов, Ситнов, 2002], а также в параметрах нейтральной атмосферы [Petrukhin, 1995; Jacoby et ¿1., 1997]. Попытки обнаружить долгопериодные вариации в параметрах неоднородной ионосферы, в частности, спорадического слоя E, также предпринимались ранее [Baggaley, 1984; Baggaley, 1985]. Так, в работе [Baggaley, 1984] на основе анализа предельной частоты foEs и частоты экранирования fbEs для двух станций южного полушария (ИашШ^а 21°Б, 200°Е) - в субтропическом регионе и Christchurch (44°8, 173°Е) - в средних широтах) за 1947-1983 гг. выявлено систематическое уменьшение вероятности появления слоев Es со значениями foEs выше заданной, в то время как вероятность появления слоев Es со значениями fbEs, превышающими заданные, увеличивалась. Идентичные результаты получены раздельно для разного времени суток (00-04 ЬТ, 10-14 ЬТ, 19-23 ЬТ). В данной работе проведено исследование долгопериодных вариаций foEs, fbEs, а также диапазона полупрозрачности AfEs среднеширотного спорадического слоя E для северного полушария на большом количестве станций за длительный интервал времени.
2. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
В представленной работе анализировались долговременные вариации предельной частоты foEs слоя Es для 22 среднеширотных станций северного полушария (18 из них в полосе 45°-65°К, одна - 43°^ три - в полосе 65°-75°№) за период 1957-1990 гг. В табл. 1 представлены использованные станции, приведены их географические координаты и временные интервалы обработанных рядов. В работе также рассмотрены долговременные вариации частоты экранирования fbEs слоя Es и диапазона полупрозрачности AfEs = foEs - fbEs для девяти станций северного полушария за тот же период времени (табл. 2). В качестве источника данных была использована ионосферная цифровая база данных NGDC. Меньшее число рассмотренных станций для величин fbEs и AfEs объясняется отсутствием данных fbEs для станций, расположенных на территории бывшего СССР в использованной базе данных. Ряды данных ограничены снизу 1957 г. и сверху 1990 г. по причине сложностей сопряжения рядов, полученных из разных источников (как показано в работе [Кер-блай, 1960], величина foEs зависит от технических характеристик использованных ионозондов и способа обработки ионограмм). При попытке продлить имеющиеся ряды данных за указанные границы значительная часть получаемых рядов становится резко неоднородными, что затрудняет их дальнейший анализ. По-видимому, это связано с появлением цифровых ионозондов, изменением их технических характеристик и способов обработки ионограмм.
Таблица 1. Характеристики станций, величины и СКО коэффициента А12 для параметра/оЕл. Значения А12, соответствующие значимым трендам, подчеркнуты
Станция Широта ф, град N Долгота X, град E Ряд данных А12, МГц/год ( CKOa12 )
Лето Зима
Slough 51.5 359.4 1967-1990 0.009 (0.0046) 0.003 (0.0034)
Dourbes 50.1 4.6 1957-1989 0.003 (0.0023) -0.007 (0.0023)
Uppsala 59.8 17.6 1965-1989 -0.005 (0.0048) 0.026 (0.0078)
Lycksele 64.6 18.8 1965-1989 -0.010 (0.0073) 0.019 (0.0085)
Kiruna 67.8 20.4 1965-1986 -0.008 (0.083) 0.001 (0.0065)
Калининград 54.7 20.6 1965-1990 0.005 (0.0044) 0.003 (0.0021)
Киев 50.5 30.5 1964-1988 -0.001 (0.0045) 0.005 (0.0027)
Ленинград 60.0 30.7 1957-1990 -0.003 (0.0059) 0.004 (0.0131)
Москва 55.5 37.3 1958-1988 -0.005 (0.0024) -0.007 (0.0023)
Горький 56.1 44.3 1958-1989 0.002 (0.0046) 0.002 (0.0035)
Свердловск 56.4 58.6 1957-1990 0.014 (0.0040) 0.015 (0.0055)
Караганда 49.8 73.1 1964-1989 -0.002 (0.0054) -0.011 (0.0025)
Алма-Ата 43.2 76.9 1957-1989 -0.010 (0.0046) -0.014 (0.0022)
Новосибирск 54.6 83.2 1969-1990 0.019 (0.0087) 0.026 (0.0112)
Томск 56.5 84.9 1957-1990 -0.008 (0.0041) -0.021 (0.0036)
Норильск 69.4 88.1 1968-1988 -0.015 (0.0062) -0.001 (0.0088)
Иркутск 52.5 104.0 1957-1989 -0.009 (0.0035) -0.011 (0.0021)
Якутск 62.0 129.6 1957-1990 -0.013 (0.0037) -0.012 (0.0024)
Wakkanai 45.4 141.7 1968-1989 0.022 (0.0109) 0.012 (0.0056)
Resolute Bay 74.7 265.1 1966-1988 -0.007 (0.0123) 0.027 (0.0091)
Churchill 58.8 265.8 1961-1990 -0.003 (0.0137) 0.028 (0.0079)
Ottawa 45.1 284.1 1961-1990 0.037 (0.0064) 0.042 (0.0116)
При анализе влияния на выявленные долгопериодные вариации параметров слоя Es солнечной и геомагнитной активности также были использованы ряды суточных значений чисел Вольфа W и трехчасовые значения геомагнитного индекса Kp за период 1957-1990 гг. Данные получены с сайта http://clust1. wdcb.ru/spidr/.
В работе использованы часовые данные о параметрах foEs, fbEs и A/Es. Так как в имеющихся рядах часовых данных существуют многочисленные пропуски, которые не отмечены описательными символами и имеют неясное происхождение, проводилось их заполнение для того, чтобы избежать искажения усредненных значений рассмотренных параметров. При заполнении пропусков в рядах часовых значений foEs и fbEs использовались медианные значения foEsme и fbEsme за текущий месяц для данного часа. Далее для рядов часовых значений вычислялись средние значения за полные сутки (00-23 LT), а также за светлое (915 LT) и темное (21-03 LT) время суток раздельно. Для рассмотрения сезонной изменчивости трендов в параметрах слоя Es отдельно проводи-
лось усреднение значение параметров /а&, /ЪЕз и Л/& для основных сезонов: зима (декабрь-февраль) и лето (июнь-август).
Описание долговременных вариаций параметров /вЕ8, /ЪЕ$ и ЛЕ для выявления систематических трендов производилось методом наименьших квадратов для двух следующих моделей (в первой модели выделяется только линейный тренд, во второй дополнительно учитывается влияние солнечной и геомагнитной активности):
1. (Р> = Лп + Лп(г - г0)
2. (Р> = Л21(1 + вхКр + ВЦ) + Л21{г - /о),
где г - время в годах; г0 - 1957 г., Кр и Ц7- среднегодовые нормированные значения индекса геомагнитной активности Кр и числа солнечных пятен, соответственно.
Использование двух моделей вызвано тем, что параметры слоя Е8 зависят от уровня солнечной и геомагнитной активности [Чавдаров и др., 1975], в которых, в свою очередь, обнаружены долгопериодные тренды [Васильев и др., 2002]. Поэтому производилась проверка предположения о том,
Таблица 2. Величины и СКО коэффициента А12 для среднесезонных значений параметров fbEs и AfEs. Значения А12, соответствующие значимым трендам, подчеркнуты
Станция
А12, МГц/год (CKOА )
fbEs
Лето Зима Лето Зима
Slough 0.016 (0.0040) 0.006 (0.0028) -0.007 (0.0026) 0.000 (0.0009)
Dourbes -0.002 (0.0037) -0.004 (0.0026) 0.006 (0.0030) 0.001 (0.0012)
Uppsala 0.005 (0.0040) 0.038 (0.0054) -0.009 (0.0030) -0.006 (0.0039)
Lycksele 0.024 (0.0053) 0.044 (0.0059) -0.026 (0.0056) -0.024 (0.0048)
Kiruna 0.081 (0.0160) 0.050 (0.0111) -0.078 (0.0158) -0.062 (0.0164)
Wakkanai 0.044 (0.0145) 0.012 (0.0057) -0.009 (0.0117) -0.007 (0.0084)
Resolute Bay 0.013 (0.0110) -0.003 (0.0152) -0.012 (0.0139) 0.029 (0.0362)
Churchill 0.033 (0.0040) 0.048 (0.0098) -0.028 (0.0113) -0.019 (0.0091)
Ottawa 0.019 (0.0059) 0.025 (0.0093) 0.013 (0.0070) 0.046 (0.0085)
AfEs
что наличие трендов в вариациях W и ^ может привести к значимому изменению долговременных вариаций, выявляемых в параметрах слоя Es. Параметры А12 и А22 (параметры наклона регрессионных зависимостей) использовались в качестве численной характеристики выделенных трендов с размерностью МГц/год для моделей 1 и 2. Для модели 1 проверялась значимость выделенных линейных трендов в соответствии с критерием Фишера [Гмурман, 1977]:
F = R2(N - 2)/(1 - R2).
где R - коэффициент корреляции между рядом значений рассматриваемого параметра foEs, fbEs или AfEs) и временем (в годах), N - длина ряда.
Для модели 2 также оценивался вклад в общую дисперсию ряда вариаций солнечной и геомагнитной активности: [Пановский, Брайер, 1972]
R
2
F; w, kp
2+2 2
rF, w + rF, kp 2rF, wrF, kprw, kp
l-r
w, kp
где гр, w, гр_ ^ - коэффициенты корреляции между рядом значений рассматриваемого частотного параметра и рядом нормированных среднегодовых чисел Вольфа W, и геомагнитного ^ индекса, соответственно, гц,Лр - коэффициент корреляции между рядами нормированных среднегодовых чисел Вольфа и геомагнитного ^-индекса.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Методом регрессионного анализа в рядах среднегодовых и среднесезонных значений параметров foEs, fbEs и AfEs для рассмотренных станций выявлено наличие трендов. В табл. 3 приведены параметры А12, А22, B1 и B2 регрессионных моделей среднесезонных значений частотных параме-
тров слоя Es, средние значения рассмотренных частотных параметров (F) и вклад R в общую дисперсию рядов частотных параметров вариаций солнечной и геомагнитной активности для ст. Ьуск^е1е, ра
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.