УДК 550.385
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ИЗМЕНЕНИЯМИ foF2 И hmF2 В РАЗЛИЧНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛАХ © 2013 г. А. Д. Данилов, А. В. Константинова
Институт прикладной геофизики им. акад. Е.К. Федорова Росгидромета, г. Москва e-mail: adanilov99@mail.ru, anna@tabulata.ru Поступила в редакцию 20.11.2012 г.
Для десяти ионосферных станций рассмотрено соотношение между критической частотой foF2 и высотой hmF2 слоя F2 в периоды до и после 1980 г. Показано, что в более ранний период связь между foF2 и hmF2 хорошо выражена. В более поздний период наблюдается нарушение этой связи. Ухудшаются статистические характеристики зависимости foF2 от hmF2. Это указывает на то, что из-за охлаждения и оседания верхней атмосферы изменяется высотное распределение фотохимических параметров, определяющих равновесную концентрацию в максимуме слоя. Наибольший вклад в этот эффект вносит, видимо, изменение отношения концентраций атомов и молекул.
DOI: 10.7868/S0016794013050052
1. ВВЕДЕНИЕ
Проблема трендов параметров ионосферного слоя F2 в настоящее время стоит достаточно остро. За подробностями мы отсылаем читателя к недавнему обзору одного из авторов [Данилов, 2012]. Здесь отметим лишь, что в ряде работ было найдено, что изменения в слое F2 ионосферы начались где-то около 1980 г. [Данилов и Ванина-Дарт, 2009; 2010; Donaldson et al., 2010; Zhang е! al., 2011]. Цель работы — попытаться понять, какие именно изменения могли происходить в слое F2 после 1980 г. Для этого мы предприняли попытку сравнить соотношение между foF2 и hmF2 для периода 1958—1979 гг., который во многих более ранних публикациях использовался как своего рода "эталонный", и для более поздних лет вплоть до 2010 г.
Проблему нахождения и корректировки исходных данных по foF2 и hmF2, мы здесь не обсуждаем, поскольку она подробно рассмотрена в двух недавних публикациях авторов [Данилов и Константинова, 2013а; б], посвященных поискам трендов этих двух параметров до 2010 г. Для сопоставления поведения foF2 и hmF2 в данной работе мы использовали те же данные, что и в указанных двух публикациях.
2. МЕТОД
Для каждой из 10-ти станций, для которых нашлись необходимые исходные данные, как и в указанных выше работах, мы рассматривали 4 ситуации: два момента суток (14:00 LT и момент SS+2 через два часа после захода Солнца) и два
сезона (зима, январь—февраль, и лето, июнь-июль). Поскольку, как подробно описано в работах [Данилов и Константинова, 2013а; б], разные источники исходных данных могут давать отличающиеся друг от друга результаты, мы старались (если была возможность) для каждой ситуации использовать несколько источников.
Мы строили зависимости /Ъ¥2 от Ит¥2 для каждой ситуации и всех доступных источников для двух периодов: 1957-1979 гг. и 1980-2010 гг. Если для данной ситуации и данного источника не было данных до 2010 г., мы использовали данные до конца имеющегося ряда, но не ранее 2005 г. Ряды данных, кончающиеся ранее 2005 г., не анализировались. Мы характеризовали получаемые зависимости/Ъ¥2 от Ат/2 двумя параметрами: коэффициентом определенности Я2 (позволяющим оценить статистическую значимость полученной зависимости по критерию Фишера) и квадратом стандартного отклонения 8Э2.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
В период 1957-1979 гг. зависимость /ь/2 от Ат/2 была хорошо выражена, имела примерно линейный характер и характеризовалась высокими (выше 0.70, а чаще всего - 0.90-0.99) величинами Я2 (см. рисунки 1-4). Причина такой зависимости хорошо известна из физики слоя /2. Увеличение Ат/2 означает подъем слоя /2 в область более низкой рекомбинации (более низких величин [Н2]/[0]) и, соответственно, увеличение (/Ь/2) в максимуме слоя. Наиболее наглядным примером такого процесса является положи-
12
я ё 10
2
^ 8
4 240
Ашхабад янв/фев / %
R(1)2 = 0.95 /К' +
SD(1)2 = 0.24 ж/ / X / / А / '
• - • У* < + / /
' + SD(2)2 = 1.2
/ + / 'л. - It -И* R(2)2 = 0.77 + + SPIDR-SPIDR 1 1
12
10
я и
£ 8
280 320 360 hmF2(14), км
400
320 360 400
hmF2(14), км
440
Рис. 1. Зависимость/ЪП от НтБ1 на ст. Ашхабад для двух ситуаций (14JF и 14JJ) для "эталонного" и более позднего периодов.
16
12
Я
(-Н
2
F8
Boulder
R(1)2 = 0.95 SD(1)2 = 0.27
янв/фев
4 200
■Ь
+S *
SPIDR-IWG+SPIDR
R(2)2 = 0.89 SD(2)2 = 0.89
l-H
2( 5 F
Boulder июнь/июль
-R(1)2 = = 0.85
SD(1) 2 = 0.08
-
V ■К fi
-
У ^РТ 4ф + R(2)2 = 0.76
/ SD(2)2 = 0.23
+
+ 1 SPIDR-IWG+SPIDR i i
240 280 320 hmF2(14), км
360
240 280 320 360 hmF2(ss + 2), км
400
Рис. 2. ЗависимостьfoF2 от hmF2 на ст. Boulder для двух ситуаций (14JF и SSJJ) для "эталонного" и более позднего периодов.
тельная фаза ионосферной бури в средних широтах. Генерируемая нагревом в высоких широтах буревая циркуляция направлена к экватору и поднимает слой П вдоль силовых линий магнитного поля, увеличивая НтП. При этом происходит увеличение /ъ¥1, которое и образует положительную фазу ионосферной бури.
На рисунках 1—4 приведены примеры зависимостей /ъ¥1 от НтП для двух указанных выше периодов для различных станций и ситуаций. На
всех рисунках зачерненные кружки и сплошная линия соответствуют "эталонному" периоду 1957— 1979 гг., а кресты и штриховая линия — более позднему периоду (после 1980 г.). Величины 8В(1)2 и R(1)1 относятся к точкам и сплошной линии, а 8В(1)2 и Я(1)2 характеризуют разброс крестов относительно штриховой линии.
Хорошо видно, что зависимость /ъ¥1{Нт¥1) для более позднего периода выражена гораздо хуже, чем для более раннего. Кресты систематиче-
6
6
8
7
6
4
3
l-H
^ 6 + 6
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ИЗМЕНЕНИЯМИ foF2 и hmF2
10
673
Москва янв/фев 2 R(1)2 = 0.78 /• +
SD(1)2 = 0.72 • / ® /
R(2)2 = 0.42 + / ✓
- SD(2)2 = 2.57# / ^ у
+
•А-'
Damboldt-i i + + SPIDR
l-H
2
+ 6
2 F
foF
240
280 320
hmF2(ss + 2), км
2
360 240
Москва янв/фев R(1)2 = 0.79 " SD(1)2 = 0.67 + • / / • / + + у
R(2)2 = SD(2)2 0.38 = 2.59 + • / • / •A • •/ %J + f У у у У У У У У У +
• Л- + i SPIDR-i + + SPIDR
280 320
hmF2(ss + 2), км
360
Рис. 3 Зависимость /оП от НшП на ст. Москва для двух источников и ситуации SSJF для "эталонного" и более позднего периодов.
8
8
4
4
2
14
12
1-ч
10
£ 8
Ташкент янв/фев ^
" 2 + R(1)2 = 0.90 / У
SD(1)2 = 0.43
" V- + I/
+ У* R(2)2 = 0.56
SD(2)2 = 2.62
1 SPIDR-SPIDR i
240
280 320
hmF2(14), км
12
Ташкент июнь/июль
10 -
Я(1)2 = 0.81 SD(1)2 = 0.39
1-н
2 F
foF
6 -
4
R(2)2 = 0.26 SD(2)2 = 1.17
SPIDR-SPIDR
360 240
280 320
hmF2(ss + 2), км
360
Рис. 4. Зависимость/о¥1 от НшП на ст. Ташкент для двух ситуаций (14JF и 14JJ) для "эталонного" и более позднего периодов.
8
6
4
ски дают гораздо больший разброс относительно "эталонной" зависимости /0Е2(НшЕ2) (сплошная линия), что выражается в гораздо более высоких величинах стандартного отклонения SD(3) (см. ниже таблицы 1—3). Даже если мы проведем свою собственную аппроксимацию через кресты (что и сделано в виде штриховой линии на рисунках 1—4), то и тогда разброс величин /о¥1 относительно этой линии (величина SD(2)) будет значителен. А систематическое смещение крестов от-
носительно кружков (см., например, рис. 1 для ст. Ашхабад) еще больше увеличивает величину SD.
Для разных станций характер изменения зависимости foF2 от hmF2 меняется от более раннего периода к более позднему несколько по-разному. В случае ст. Ашхабад (рис. 1) это — систематический сдвиг зависимости для более позднего периода. В случае ст. Boulder (рис. 2) — это сохранение характера зависимости, но значительное (см. соответствующие величины SD) увеличение раз-
Таблица 1. Примеры полученных величин Я1 и ЗБ1 для станций Ташкент и Москва
Источник (foF2-hmF2) R(1)2 SD(1)2 SD(2)2 SD(3)2 SD(3)2/SD(1)2
Ташкент
1962-1979 гг. 1980-2006 гг.
14JJ SPIDR-SPIDR 0.81 0.39 1.17 1.21 3.10
14JJ IWG+Damboldt-SPIDR 0.80 0.38 1.36 1.42 3.74
14JJ SPIDR-Damboldt 0.81 0.40 1.08 1.40 3.50
14JJ IWG+Damboldt-Damboldt 0.81 0.41 1.24 1.56 3.78
Москва
1958-1979 гг. 1980-2006 гг.
14JJ SPIDR-SPIDR 0.95 0.38 1.64 3.30 8.68
14JF SPIDR-SPIDR 0.71 0.24 0.39 0.70 2.92
SSJF SPIDR-SPIDR 0.79 0.67 2.59 4.58 6.84
SSJJ SPIDR-SPIDR 0.87 0.10 0.33 0.54 5.4
Таблица 2. Пример полученных величин для ст. Slough и Томск для 14JF
Источник (foF2-hmF2) R(1)2 SD(1)2 SD(2)2 SD(3)2 SD(3)2/SD(1)2
Slough
1957-1979 гг. 1980-2010 гг.
14JF SPIDR-SPIDR 0.93 0.42 0.76 0.99 2.36
14JF IWG+медианы-SPIDR 0.91 0.47 0.89 1.04 2.21
14JF SPIDR-IWG+SPIDR 0.91 0.58 0.89 1.20 2.07
14JF IWG+медианы-IWG+SPIDR 0.90 0.58 0.86 1.29 2.22
14JF IWG+ Damboldt-SPIDR 0.92 0.48 0.90 0.98 2.04
14JF IWG+Damboldt-IWG+SPIDR 0.90 0.58 0.87 1.20 2.07
Томск
1957-1979 гг. 1980-2006 гг.
14JF SPIDR-SPIDR 0.93 0.51 1.11 1.26 2.47
14JF IWG+Damboldt-SPIDR 0.93 0.47 1.18 1.37 2.91
14JF SPIDR-Damboldt 0.93 0.47 1.15 1.22 2.60
14JF IWG+Dambold- Damboldt 0.93 0.46 1.16 1.39 3.02
броса. Для ст. Москва (рис. 3) это — очень сильное увеличение разброса и существенное изменение наклона новой зависимости/ъИ от НтИ по сравнению с "эталонной". Общим для всех приведенных примеров является значительное увеличение стандартного отклонения и уменьшение коэффициента определенности в более поздний период.
Мы проанализировали 118 случаев (станция плюс ситуация плюс источник). Мы рассматривали отношение 8В(3)2/8В(1)2, где 8Э(3) и 8Э(1) - стандартные отклонения относительно "эталонной" зависимости для более позднего и более раннего периодов, соответственно. Только в 4-х из этих случаев (ст. НоЬаЛ, лето) 8В(3)2/8В(1)2 было меньше
единицы. В остальных случаях разброс данных в более поздний период был сильнее, чем в более ранний. По понятным причинам мы не можем привести в статье таблицу всех рассмотренных случаев, а потому даем в табл. 1 примеры для станции Ташкент (одна ситуация, но разные источники) и Москва (один источник, но разные ситуации). В таблице 2 приведен пример для станций Slough и Томск для ситуации 14JF и разных источников. Эти примеры показывают, что хотя для конкретных ситуаций и источников величины SD(3)2/SD(1)2 несколько различаются, все они имеют один порядок величины и указы-
СООТНОШЕНИЕ
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.