КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2008, том 46, № 4, с. 348-355
УДК 550.338.2
ИОНОСФЕРНЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ В СЕВЕРО-ВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ РОССИИ ПО ДАННЫМ ИОНОЗОНДОВ В ПЕРИОДЫ
РАВНОДЕНСТВИЯ
© 2008 г. В. И. Куркин1, Н. М. Полех1, О. М. Пирог1, И. Н. Поддельский2, А. Е. Степанов3
1Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск 2Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН,
г. Петропавловск-Камчатский 3Институт космофизических исследований и аэрономии им. ЮГ. Шафера СО РАН, г. Якутск
Поступила в редакцию 26.09.2007 г.
Рассмотрены ионосферные возмущения в периоды равноденствия 2005-2006 гг. по данным ионо-зондов вертикального и наклонного зондирования, расположенных в северовосточном регионе России. Получено, что рентгеновские вспышки, наблюдавшиеся в первой половине сентября 2005 г., вызвали дополнительный рост ионизации в нижней ионосфере в дневные часы, что привело к развитию поглощения и к росту наименьших наблюдаемых частот на трассах Магадан-Иркутск и Норильск-Иркутск. Во время магнитных возмущений были зарегистрированы волнообразные изменения максимальных наблюдаемых частот и критических частот с периодами около 2-2.5 часов. Кроме того, были выявлены колебания типа планетарных волн с периодом 4-5 суток.
PACS: 94.20.Vv
1. ВВЕДЕНИЕ
Ионосферные возмущения, вызванные экстремальными солнечными событиями в июле 2000 г. и в октябре-ноябре 2003 г., наблюдались в различных регионах Земного шара с использованием наземных и космических диагностических средств, например [1-4] и другие. В северо-восточном регионе России такие исследования проводились с использованием пространственно разнесенного радиофизического комплекса ИСЗФ СО РАН в составе Иркутского радара некогерентного рассеяния и сети цифровых ионозондов вертикального и наклонного зондирования ионосферы [5-7]. В годы низкой солнечной активности (начиная с 2005 года) для регистрации ионосферных возмущений в ИСЗФ СО РАН проводились регулярные длительные координированные наблюдения на всем комплексе инструментов. Это позволило изучить вариации параметров ионосферы на средних и субавроральных широтах в долготном диапазоне 90-150°Е как для спокойных, так и для возмущенных геомагнитных условий. В данной работе приведены предварительные результаты экспериментов на сети ионозондов вертикального и наклонного зондирования ионосферы в периоды равноденствия (сентябрь 2005 г., март и сентябрь 2006 г.). Отметим, что сентябрь 2005 года характеризовался уникальными гелиофи-зическими событиями. С 7 по 21.IX было зарегистрировано 11 рентгеновских вспышек класса X и 28 вспышек класса М (http://www.bu.edu/cawses/docu-ments/cawses-news-v3-nl.pdf), которые вызвали
блэкауты, искажения радиосигналов в системах навигации и коротковолновых радиолиниях.
2. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
В данной работе были использованы данные наклонного зондирования, полученные на трассах Магадан-Иркутск и Норильск-Иркутск с использованием ЛЧМ (с линейной модуляцией частоты) ионозондов собственной конструкции [8], а также данные вертикального зондирования для пунктов Иркутск, Якутск, Норильск и Магадан с временны м разрешением 15 и 5 мин. Информация о текущем индексе солнечного радиоизлучения ^107, Кр, ^-индексов и значений рентгеновского потока солнечного излучения были получены на сайтах: (http://sec.noaa.gov/) и (http://swdcdb.kugi.kyotou. ac.jp/dstdir).
Сентябрь 2005 г. Геофизические условия этого месяца были очень разнообразные. Солнечная фоновая активность была невысокой и составляла ^107 = (75-120) ■ 1022 Вт/Гц м2 , 31. VIII. началась магнитная буря, во время которой максимальный Кр -индекс достигал 7, и значение Д.гиндекса уменьшилось до -131 нТ в 20 ИТ. Первые дни сентября характеризуются медленной фазой восстановления, на фоне которой наблюдались суббури, во время которых Кр-индекс достигал 5-6 (2-3.IX). Как правило, в рассматриваемом регионе в период равноденствия главная фаза магнитной бури и начало фазы восстановления сопровождается развитием
отрицательного ионосферного возмущения [9]. Поэтому в первые дни сентября наблюдались относительно низкие максимальные наблюдаемые частоты (МНЧ) в условиях полной освещенности трасс и отсутствие прохождения радиосигналов в вечерние и ночные часы, особенно на трассе Норильск-Иркутск. Дневные величины МНЧ менялись от 17 до 22 МГц на трассе Магадан-Иркутск и от 12 до 18 МГц на трассе Норильск-Иркутск. К 7.IX геомагнитные условия восстановились до невозмущенного уровня, и прохождение сигналов регистрировалось практически в течение всех суток.
Интервал с 7 по 15.IX представляет наибольший интерес. 7.IX на видимой части диска Солнца образовалось активная группа солнечных пятен (по классификации NOAA - 808). В результате активности этой группы 7.IX наблюдалась мощная вспышка X1.7, которая сопровождалась выбросом корональ-ной массы. Спустя 24 часа эта область явилась источником новых 3 вспышек Х-класса. В последующие дни вплоть до 17.IX регистрировались ежедневно вспышки класса М-класса, 15.IX - вспышка класса X. Сначала рассмотрим изменение параметров KB радиосигналов во время наблюдений мощных рентгеновских вспышек в спокойных геомагнитных условиях. Для иллюстрации на рис. 1а показаны вариации интенсивности потоков рентгеновских излучений в двух диапазонах 1.0-8.0 (кривая 1) 0.5-4.0 Á (кривая 2) с 7 по 9.IX.2005 г. Ниже на этом рисунке приведены вариации планетарного Кр - индекса (рис. 16). Видно, что практически в спокойных геомагнитных условиях в течение первых двух дней наблюдались большие потоки рентгеновского излучения, максимальные величины которых были зарегистрированы 7.IX в 17.30-17.50 и 8.IX в 21.05-21.30 мирового времени, что соответствует примерно ночным и ранним утренним часам в пунктах наблюдения, а 9.IX наблюдалось несколько вспышек меньшей интенсивности практически в течение всех суток. На рис.1 представлены вариации максимальных наблюдаемых частот и наименьших наблюдаемых частот (ННЧ) односкачкового мода на трассе Магадан-Иркутск (кривые 1 и 2 соответственно). Пунктиром показаны величины максимальных применимых частот, рассчитанные с помощью Международной Справочной Модели ионосферы IRI [10], которые практически совпадают с медианными значениями МНЧ, вычисленными по всем дням эксперимента. Видно, что 7 и 8.IX отражения присутствовали практически круглые сутки, за исключением очень узких интервалов времени, 7.IX наблюдаемые значения МНЧ были немного ниже, чем в последующие дни из-за более возмущенных геомагнитных условий. Воздействие рентгеновских вспышек 7 и 8.IX на параметры распространяющихся КВ-радиосигналов проявилось в существенном увеличении значений ННЧ в утренние часы 8 и 9.IX местного времени. На гра-
фике эти интервалы отмечены стрелками. Девятого сентября, когда наблюдалась серия вспышек, в основном регистрировалось прохождение КВ-радиоволн в дневные и утренние часы, а в ночное время радиосигналы отсутствовали. Величины ННЧ при этом выросли в целом на 1.5-3.0 МГц относительно предыдущих дней, что свидетельствует об увеличении ионизации в нижних слоях ионосферы. Это привело к снижению частотного диапазона принимаемых радиосигналов. На трассе Норильск-Иркутск 9.1Х регулярный прием радиосигналов осуществлялся только в утренние часы, днем отражения наблюдались редко.
В нижней части рисунка приведены суточные изменения критических частот (кривая 1) и минимальных частот отражения (кривая 2) по данным дигизондов БР8-4, расположенных в Якутске (г) и Иркутске (д). Минимальная частота отражения /тЬ1, хотя и зависит от многих факторов, таких как уровень чувствительности регистрирующей системы и уровень шумов, может служить индикатором поглощения в ионосфере, особенно во время интенсивных вспышек [11]. Поглощение связано с /тп соотношением:
А = / + /)2,
где К - коэффициент пропорциональности, /тт -минимальная частота отражения, / - продольная компонента гирочастоты. Если (/тш)г и /ш)/ - минимальные частоты отражения в спокойных условиях и во время вспышки соответственно, то избыточное поглощение АА во время вспышки можно оценить как разность вычисленных значений поглощения во время вспышки и с спокойных условиях
АА = К[{(/тШ}/+/I}2 - (/тт)г + /I}2].
На рис. 1г, д можно видеть, что с резким возрастанием рентгеновского потока 9 сентября увеличивается /т,п. Можно выделить промежутки времени, во время которых уровень минимальных частот сначала возрастал до 3-5 МГц, затем наблюдалось кратковременное поглощение, после этого следы отражений на ионограммах восстанавливались с большими минимальными частотами. Эти интервалы, например, наблюдаемые 9.1Х 02.50-03.30, 05.45-6.15 ИТ в Якутске и в Иркутске, соответствуют повышенным величинам рентгеновского потока. Оценки показали, что при возрастании /тЬ1 до 4-5 МГц, уровень поглощения увеличивается в 1.5-2.5 раза. Подобные резкие кратковременные интервалы резкого увеличения /тЬ1 были получены для других дней.
Девятого и десятого сентября после 14 часов ИТ наблюдалось усиление авроральной активности, увеличение Кр-индекса. Это заметно отразилось на ходе критических частот в Якутске: увеличились ночные значения критических частот, обусловленные диффузным высыпанием авроральных частиц.
W, м 10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
10-8
-2
7.IX
.мл.
ч
X M C B A
с4
« <D
! 2
20 -
5с12
8 -
я и
2,
И 0
6
12 24
UT, час
Рис. 1
0
* 16
4
2
3
8
с
к
о
д н 6
к
**
4
0
Н н -50
ст 100
21
я и 15
%
К 9
М
3
5
4
3
2
я
и
ъ 1
2, 10
ь
8
6
4
2
\
Магадан-Иркутск
^ ^ 1 Магадан г 400
- У* 300 ^
2 Г 1 1 1 1 ■- - 200
400
300 ^
12 ИТ, час
16
20
24
200
Рис. 2
0
4
8
В то же время увеличился интервал поглощения радиосигналов на трассе Магадан-Иркутск в ночные часы местного времени. В результате 10.1Х началась новая магнитная буря, максимум которой зарегистрирован 11.IX 11 ИТ со значением Д^, равным -147 нТ. Эта буря также имела длительную фазу восстановления, во время которой 15-16.1Х регистрировались более слабые магнитные возмущения. На рис. 2 приведены изменения характеристик наклонного зондирования на
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.