ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2014, том 54, № 1, с. 71-78
УДК 550.388
ИЗМЕНЧИВОСТЬ /-ОБЛАСТИ ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ ИОНОСФЕРЫ В СПОКОЙНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ УСЛОВИЯХ ПЕРЕД СИЛЬНЫМИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ © 2014 г. А. Х. Депуева
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН), г. Москва, г. Троицк e-mail: depuevа@izmiran.ru Поступила в редакцию 25.12.2012 г.
Проанализированы отклонения ежечасных значений критической частоты /-области от месячной медианы расположенной вблизи магнитного экватора ионосферной ст. Huancayo за 1957—1987 гг. в периоды спокойной геомагнитной обстановки. Были использованы ионосферные данные за пять суток до, одни сутки — после и непосредственно в день 33-х сильных (магнитудой M > 5.5) землетрясений c эпицентрами в Американском долготном секторе. Получено, что в 24-х случаях за 1—5 дней перед рассмотренными землетрясениями наблюдалось понижение критических частот на более чем 20% продолжительностью от одного до шести часов преимущественно в ночное время. Можно предположить, что эти эффекты (по крайней мере, часть из них) связаны с процессами подготовки землетрясений. Возмущения отмечены преимущественно в тех случаях, когда радиус зоны подготовки землетрясения превышал расстояние между эпицентром и станцией наблюдения. Отмечена необходимость дальнейшего изучения характеристик разного рода воздействий "снизу" на электродинамические процессы в низкоширотной ионосфере для успешного распознавания возмущений сейсмогенной природы.
DOI: 10.7868/S0016794013060035
1. ВВЕДЕНИЕ
Существует множество свидетельств в пользу того, что ионосфера может служить индикатором процессов в литосфере Земли, происходящих перед землетрясениями. Изучение модификаций ионосферы перед сейсмическими событиями — одно из важных направлений современных исследований. Оно лежит в основе понимания процессов в системе литосфера — ионосфера, что в итоге предполагает возможность прогнозирования землетрясений, в том числе путем мониторинга ионосферы (см., например, [№^а1аё2е й а1., 2013]. В этой связи становится весьма актуальной задача распознавания ионосферных возмущений, обусловленных процессами подготовки землетрясений, на фоне множества возмущений иной природы.
Известно, что ионосфера — весьма изменчивая среда, где наблюдаются как регулярные (полусуточные и суточные, 27-дневные, сезонные, полугодовые и годовые, 11-летние и др.), так и нерегулярные изменения характеризующих ее параметров. Очевидно, что наибольшую трудность в задаче выделения ионосферных предвестников землетрясений представляют последние. Изменчивость ионосферы определяется многими факторами, степень влияния которых не одинакова на разных высотных уровнях и существенно зави-
сит от местоположения точки наблюдения на земной поверхности.
Геомагнитная активность — это основная причина изменчивости электронной концентрации в ионосфере на высоте ее главного максимума. Во время геомагнитных бурь параметры /-области ионосферы (полное электронное содержание ПЭС; электронная концентрация на высоте главного максимума Nm (foF2); высота hm/2) существенно отклоняются от своих обычных значений в положительную и/или отрицательную сторону. Это явление носит название ионосферной бури, характерно преимущественно для высоких и средних широт и интенсивно изучается (см., например, [Prolls, 1977; Danilov, 2001; Danilov and Lastovi cka, 2001; Благовещенский, 2013]), однако многие аспекты в исследовании ионосферных бурь остаются до сих пор открытыми.
Существует тенденция уменьшения амплитуды ионосферных эффектов магнитных бурь от ав-роральных к средним широтам, вплоть до их полного исчезновения. Однако влияние бурь можно наблюдать и в низких широтах. В отличие от высоких широт, где характерны отрицательные отклонения ПЭС и Nm (foF2) от средних значений, на низкоширотных станциях в ~90% случаев наблюдаются положительные ионосферные возмущения во время магнитных бурь, что в дневные
72
ДЕПУЕВА
часы даже приводит к временному исчезновению экваториальной ионосферной аномалии. Тем не менее, в отдельных случаях наиболее сильных бурь это не исключает появления отрицательных возмущений. Морфологические особенности ионосферных бурь в низких широтах не одинаковы для разных геомагнитных бурь и зависят от времени и места наблюдения и множества других факторов, что до сих пор привлекает внимание многих исследователей (см., например, [Adeniyi, 1986; Danilov and Lastovicka, 2001; Yizengaw et al., 2004]).
Поскольку ионосферные бури носят глобальный характер, а предсейсмические изменения проявляются локально [Cicerone et al., 2009], распознать последние, на первый взгляд, не представляет труда. Однако на фоне возмущений, обусловленных бурей, предсейсмические возмущения относительно слабы, и это осложняет задачу.
На данном этапе более реалистично пытаться найти ионосферные предвестники землетрясений в спокойных геомагнитных условиях. Но даже при спокойных уровнях геомагнитной активности в области F наблюдается сильная изменчивость. Так, Liu et al. [2002, 2004] обратили внимание на значительное увеличение критической частоты foF2 на низкоширотных станциях Chungli и Wuhan (магнитные широты соответственно 13.8 и 19.3° N) спустя два дня после бурь 14—17 июля 2000 г. и 6—8 апреля 2000 г. и на отсутствие подобного эффекта на ст. Kokubunji (25.7° N).
Kutiev et al. [2006, 2007] на базе данных за 2000—2002 гг. GPS сети в Японии и ионозондов Kokubunji и Okinawa (16° N) наблюдали несколько подобных случаев увеличения ПЭС и foF2 после главной фазы магнитных бурь, причем некоторые эффекты наблюдались по прошествии довольно длительного спокойного периода после окончания бури. Авторы считают такое послебу-ревое повышение ПЭС и foF2 следствием расширения области северного горба экваториальной аномалии ночью. Днем явление также наблюдалось, но не было связано с областью горба аномалии. Kelley et al. [2004] объяснили, что на начальной фазе бури такие структуры появляются, когда сильное авроральное электрическое поле беспрепятственно проникает на средние и в низкие широты. Есть экспериментальные подтверждения наличия таких полей в низкоширотной ионосфере во время геомагнитных бурь. Каким образом такие поля появляются на этих широтах при низкой активности, остается неясным. Kutiev et al. [2007] рассматривали некоторые из описанных выше случаев послебуревого увеличения ПЭС и foF2, а именно: тех, которые появляются в конце длительного периода низкой геомагнитной активности, как результат прямого проникновения
межпланетного электрического поля в экваториальную ионосферу. Пока механизм этого процесса остается неясным.
Liu et al. [2008] исследовали случаи значительного увеличения ПЭС и foF2 вблизи горбов экваториальной ионосферной аномалии и уменьшения этих параметров над экватором в Азиатско-Австралийском секторе долгот в периоды, предшествующие магнитным бурям. Авторы связали наблюдаемые факты с увеличением скорости вертикального дрейфа плазмы на экваторе, хотя что именно повлияло на изменение скорости, осталось не выясненным.
Немаловажной причиной наблюдаемого разброса ионосферных параметров ото дня ко дню, помимо повышенной геомагнитной активности и так или иначе связанных с ней процессов, считают воздействие на F-область ионосферы «снизу», (см., например, [Данилов и др., 1987; Kazimirovsky et al., 2003]. Сюда относят влияние нижележащих слоев атмосферы, включая ее приземные слои, и процессы на поверхности Земли и в ее глубинах.
В особую группу выделяют так называемые Q-возмущения в F-области ионосферы, не связанные с геомагнитной активностью. Такие возмущения наблюдают на средних [Mikhailov et al., 2004] и в низких [Depueva et al., 2005] широтах. Q-возмуще-ния в приведенных работах были определены, как ежечасные >40-процентные отклонения Nm от медианы, если все трехчасовые op-индексы не превышали 7-ми в течение предшествующих 24-х часов. В низких широтах Q-возмущения наблюдаются довольно часто, подвержены суточным, сезонным, годовым и циклическим вариациям, имеют широтные и долготные особенности. По-видимому, возмущения в F-области накануне землетрясений, можно рассматривать как отдельные частные случаи слабых Q-возмущений.
Fejer [2011] подчеркивает, что электродинамические процессы в низких широтах и их ионосферные эффекты проявляются в виде широкого спектра временных и пространственных вариаций как в геомагнитно-возмущенных, так и в спокойных условиях. Он рассматривает факт наличия короткопериодной (от десятков минут до нескольких дней) изменчивости экваториальных электрических полей и дрейфов плазмы как отклик на процессы переноса в нижней атмосфере, в частности, на сильные возмущения, связанные с внезапными стратосферными потеплениями в Арктике.
Из изложенного выше следует, что необходимо иметь отчетливое представление о том, каким образом изменяются параметры ионосферы при воздействии на нее как сверху, так и снизу. Иными словами, за какую часть спектра временных и про-
ИЗМЕНЧИВОСТЬ F-ОБЛАСТИ ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ ИОНОСФЕРЫ
73
странственных возмущений ответственны разного рода воздействия. В настоящее время весьма актуально создание феноменологических моделей модификации ионосферы для разных регионов перед сейсмическими событиями.
Цель работы — выяснить, наблюдаются ли характерные особенности в поведении электронной концентрации на уровне главного максимума области F экваториальной ионосферы, каковы они и как часто их можно наблюдать перед сильными землетрясениями с эпицентрами, расположенными в Американском секторе долгот при спокойной геофизической обстановке.
2. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ДАННЫЕ
За тридцатилетний отрезок времени с 1957 по 1987 гг. на основании сведений U. S. Geological Survey NEIC: Earthquake Search Results [httр://earthquake.usgs.gov] составлен список сильных, магнитудой M > 5.5, землетрясений с эпицентрами, расположенными на расстоянии не далее чем D = 4500 км от ст. Huancayo (12° S, 75.3° W, dip--3.70 °). Такое расстояние соответствует радиусу подготовки R для землетрясения с M = 8.5, рассчитанному согласно методике, предложенной в статье [Dobrovolsky et al.
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.