ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 4, с. 559-562
УДК 550.510.535
ЭФФЕКТЫ ВЫХОДНЫХ ДНЕЙ В ИОНОСФЕРНОМ F-РАССЕЯНИИ
НАД МЕГАПОЛИСОМ
© 2007 г. Е. В. Липеровская
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Москва e-mail: liper@ifz.ru Поступила в редакцию 28.03.2006 г. После доработки 20.12.2006 г.
Использованы часовые данные японских станций вертикального зондирования Кокубунжи (в пределах мегаполиса Токио) и Акита (расположенной в сельской местности на расстоянии 450 км от Токио) за 20 лет. Проведено сравнение вероятности наблюдения F-рассеяния, характеризующего наличие крупномаштабных (до десятков километров) неоднородностей в F-области ионосферы в ночи субботы на воскресенье и с воскресенья на понедельник (субботние и воскресные ночи) и остальные ночи недели. Сравнение показало, что по данным ст. Кокубунжи вероятность наблюдения F-рассеяния в субботние и воскресные ночи выше, чем в рабочие дни с достоверностью 0.95. Можно предположить, что причиной этого эффекта является увеличение интенсивности акустических шумов над промышленными регионами, поскольку имеет место увеличение интенсивности производства в рабочие дни. При этом увеличивается антропогенный нагрев ионосферы и происходит усиление диффузионных процессов, и, соответственно, усиление расплывания неоднородностей в F-области ионосферы. По данным ст. Акита такой эффект не наблюдался.
PACS: 94.20.Ji
1. ВВЕДЕНИЕ
В ряде работ рассматривались ионосферные эффекты, вызванные мощным антропогенным воздействием - взрывами, запусками космических кораблей, работой мощных линий электропередач. Обзор таких работ представлен в работе [Parrot and Zaslavsky, 1996]. Изменение эмиссии энергичных частиц (тримпи-эффект) в воскресные дни по сравнению с рабочими днями описывалось в работах [Helliwel et al., 1973; Koons et al., 1981]. В работах [Липеровская и др., 1994; Попов и др., 1996] сопоставлялись вариации различных параметров ионосферы над крупным промышленным центром (Рим) в течение рабочих дней недели и в воскресные дни, и было получено, что ионосферные эффекты повседневной индустриальной активности, по-видимому, имеют место, но из-за малой статистики они не были достоверно подтверждены.
В течение последних десятилетий производится регулярное вертикальное зондирование (ВЗ) ионосферы, причем только на некоторых средне-широтных станциях отмечается такой интересный параметр, как F-рассеяние, возникающее при наличии крупномасштабных, до десятков километров, неоднородностей в F-области на высотах 300-700 км. F-рассеяние проявляется как расплывчатость, диффузность следа F-слоя на ионо-грамме.
В настоящей работе по материалам часовых данных японских станций ВЗ Кокубунжи (Токио) и Акита (станция расположена в сельской местности) за 20 лет проведено статистическое исследование вероятности наблюдения F-рассеяния в ночи, соответствующие рабочим дням по сравнению с ночами с субботы на воскресенье и с воскресенья на понедельник.
2. АНАЛИЗ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Прежде всего отметим, что частота появления F-рассеяния имеет ярко выраженный суточный ход, максимум наблюдается ночью с 23 до 5 утра LT [Igarashi and Kato, 2004]. В остальное время суток F-рассеяние встречается редко, поэтому в данной работе использованы наблюдения только за эти часы. Кроме того, данные за дневное время суток не анализируются, поскольку сложно выделить слабые антропогенные эффекты днем на фоне прямого солнечного излучения.
В работе для анализа были использованы часовые данные критических частот foF2 и F-рассе-янии, полученные на ионосферных станциях ВЗ Токио, (Kokubunji, ф = 35.7°N, X = 139.5°E, 19691990 гг.) и Акита (Akita, ф = 39.7°N, X = 140.1°E, 1969-1988 гг.) http://www.rl.ac.uk.wdcd / data.html.
При наличии сильного F-рассеяния значение
критической частоты foF2 ~ Jn, где n - максимальная плотность ионизации в ионосфере, опре-
0.20 г
0 3 6 9 12
Рис. 1. Сезонная зависимость вероятности Ш наблюдения ^-рассеяния по данным ст. Кокубунжи. На оси
абсцисс указаны месяцы.
делить невозможно. Поэтому в данной работе рассматривались только случаи не сильного ^-рас-сеяния. Вероятность наблюдения ^-рассеяния существенно зависит от сезона. На рис. 1 по данным ст. Кокубунжи за 20 лет представлена зависимость вероятности наблюдения ^-рассеяния от сезона. Вероятность Ш наблюдения ^-рассеяния зависит от частоты /оЕ2. По данным ионосферных наблюдений на ст. Кокубунжи было получено, что в субботние и воскресные ночи вероятность наблюдения ^-рассеяния в зависимости от критической частоты /оЕ2 для всех интервалов частот выше, чем в будни. Результаты представлены на рис. 2 (лето, месяцы 4-9) и рис. 3 (зима, месяцы 1-3 и 10-12). Субботние и воскресные ночи - бледно-серая заливка, остальные ночи - темно-серая заливка.
На рис. 4 представлены гистограммы распределения вероятностей наблюдения ^-рассеяния в зависимости от/оЕ2 для всего исследуемого временного интервала, зима и лето объединены. Для субботних и воскресных ночей вероятности наблюдения ^-рассеяния выше, чем для остальных ночей.
Возникает вопрос о достоверности наблюдаемого эффекта выходных дней. Чтобы ответить на этот вопрос, следует определить Рсаша1 - вероятность того, что эффект является случайным. Если эта вероятность окажется достаточно малой, например Рсаша1 < 0.05, то, следовательно, эффект случайным не является с вероятностью Р = = 1 - Рсааиа\, т е. с вероятностью Р > 0.95. Для оценки Рсаша1 был применен способ моделирования фонового распределения с помощью случайного процесса. С использованием генератора случай-
0 2 4 6 8 10
^2, МГц
Рис. 2. Вероятность Ш наблюдения ^-рассеяния в зависимости от критической/оЕ2 частоты в ночи, соответствующие будним дням (темная заливка), и субботним и воскресным ночам (светлая заливка), для летних месяцев (апрель-сентябрь) по данным ст. Кокубунжи.
ных чисел было создано 200 серий, состоящих из такого же числа "виртуальных выходных дней", сколько было реальных (1052). "Виртуальные выходные дни" представляли собой интервалы по два последовательных дня, причем эти интервалы не перекрывались. Далее была проведена проце-
0.08 -
0 2 4 6 8
^2, МГц
Рис. 3. То же, что и на рис. 2, но для зимних месяцев (октябрь-декабрь и январь-март).
0.10 -
эффекты выходных дней в ионосферном ^-рассеянии _ 0.3-
0.2
0.08 -
0.06 -
0.04 -
0.02 -
0.1
мш
10
^2, МГц
Рис. 4. Вероятность Ш наблюдения ^-рассеяния по всем месяцам в зависимости от критической /оЕ2 частоты в ночи, соответствующие рабочим дням (темная заливка), и субботним и воскресным ночам (светлая заливка). Для "виртуальных субботних и воскресных ночей" средняя вероятность наблюдения, полученная в результате моделирования случайного процесса (сплошная линия), средняя вероятность +2 среднеквадратичных отклонения (штриховая линия).
дура вычисления вероятности наблюдения ^-рас-сеяния в зависимости от частоты/оР2 для каждой серии "виртуальных выходных дней". Для каждого интервала частот/оР2 полученные по всем сериям "виртуальных выходных дней" вероятности распределены по нормальному закону. Это было проверено численно. Для каждого интервала /оР2 из к = 200 наборов виртуальных вероятностей получали среднее значение Рг-_Игша1 и стандартное
0 2 4 6 8
^2, МГц
Рис. 5. Вероятность Ш наблюдения ^-рассеяния по данным ст. Акита в зависимости от критической частоты /оЕ2 в ночи, соответствующие будним дням (темная заливка) и субботним и воскресным ночам (светлая заливка); столбики гистограммы расположены рядом для демонстрации отсутствия различия распределений.
отклонение с, где - - номер интервала изменения /оР2. Средние значения и стандартные отклонения не зависят от к, если число серий к достаточно велико. При к = 200 обеспечивалась достаточная точность вычисления. Затем реальные значения вероятностей в каждом интервале /оР2 сравнивались с виртуальными. На рис. 4 показаны средние
значения виртуальных вероятностей Р^щ^ (сплошные линии) и доверительный интервал Рг-_таша1 + 2сг- (штриховые линии) для каждого интервала /оР2. Видно, что для большинства интервалов значения для реальных вероятностей выходят за кривую Р-_уи!ш1 + 2с- или находятся на его границе. В интервалах/оР2 (1.5-2.5) и (8.5-9.5) МГц числа наблюдений ^-рассеяния малы, (13 и 57), (см. таблицу), поэтому велики значения среднеквадратичных отклонений, и эффект выходных дней для таких значений /оР2 не является достоверным из имеющейся выборки. Случаи Р-рассе-яния (6 случаев) при /оР2 > 9.5 МГц не принимались во внимание при анализе.
Ст. Акита от крупных промышленных центров удалена на 450 км к северо-западу от Токио. По данным этой станции эффект выходных дней не наблюдался (см рис. 5). Столбики гистограммы
Число случаев наблюдения F-рассеяния т в зависимости от критической частоты foF2 по данным ст. Кокубунжи
^2, МГц 1.5-2.5 2.5-3.5 3.5-4.5 4.5-5.5 5.5-6.5 6.5-7.5 7.5-8.5 8.5-9.5
т 13 259 254 272 263 167 137 57
для выходных дней и остальных дней расположены рядом. Расчеты показали, что различие по высоте столбиков находится в пределах Pi _virtual + ол
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Можно предположить, что причиной различия значений вероятности наблюдения F-рассеяния в субботние и воскресные дни и остальные дни недели является различная интенсивность генерации акустических шумов промышленными объектами в различные дни недели. Акустические шумы при распространении вверх до ионосферных высот могут непосредственно нагревать нейтральную атмосферу и ионосферу [Parrot and Zaslavsky, 1996; Blanc, 1985]. Другой возможный механизм воздействия связан с локальными электрическими полями и токовыми системами, возникающими при падении акустических волн на спорадические слои Es. Дальнейшие процессы локального нагрева в F-области могут быть достаточно эффективными при передаче электрических полей вдоль силовых линий геомагнитного поля из ^-области в F-область ионосферы. Далее можно предположить, что процессы нагрева в F-области приводят к интенсификации диффузионного расплывания плазменных неоднородно-стей и уменьшению F-рассеяния в течение рабочей недели. Такой нагрев уменьшается в выходные дни, и соответств
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.