Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г.

В работе приведены результаты исследования отклика ионосферы на сверхсильную магнитную бурю 5–6 августа 2011 г. Магнитная буря сопровождалась отрицательным ионосферным возмущением над Харьковом. Наблюдалось значительное увеличение высоты максимума слоя F2 (с 310 до 510 км). Исследованы вариации пара...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Домнин, И.Ф., Емельянов, Л.Я., Ляшенко, М.В., Харитонова, С.В., Черногор, Л.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2012
Назва видання:	Радиофизика и радиоастрономия
Теми:	Радиофизика геокосмоса
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100070
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. / И.Ф. Домнин, Л.Я. Емельянов, М.В. Ляшенко, С.В. Харитонова, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 4. — С. 320-332. — Бібліогр.: 29 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-100070
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1000702016-05-16T03:02:55Z Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. Домнин, И.Ф. Емельянов, Л.Я. Ляшенко, М.В. Харитонова, С.В. Черногор, Л.Ф. Радиофизика геокосмоса В работе приведены результаты исследования отклика ионосферы на сверхсильную магнитную бурю 5–6 августа 2011 г. Магнитная буря сопровождалась отрицательным ионосферным возмущением над Харьковом. Наблюдалось значительное увеличение высоты максимума слоя F2 (с 310 до 510 км). Исследованы вариации параметров ионосферы, измеренных с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы (г. Харьков). Наведено результати дослідження відгуку іоносфери на надпотужну магнітну бурю 5–6 серпня 2011 р. Магнітна буря супроводжувалася негативним іоносферним збуренням над Харковом. Спостерігалося значне збільшення висоти максимуму шару F2 (від 310 до 510 км). Досліджено варіації параметрів іоносфери, отриманих за допомогою радару некогерентного розсіяння Інституту іоносфери (м. Харків). Results of the study of the ionosphere response to the severe magnetic storm of 5–6 August 2011 are presented. The magnetic storm was accompanied by negative ionospheric disturbance over Kharkiv. A significant increase in the F2 layer peak altitude (from 310 to 510 km) was observed. The variations of ionosphere parameters measured by the incoherent scatter radar of the Institute of Ionosphere, Kharkiv, were studied. 2012 Article Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. / И.Ф. Домнин, Л.Я. Емельянов, М.В. Ляшенко, С.В. Харитонова, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 4. — С. 320-332. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100070 550.388, 520.16+523.31+523.9:520.86 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса
spellingShingle	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса Домнин, И.Ф. Емельянов, Л.Я. Ляшенко, М.В. Харитонова, С.В. Черногор, Л.Ф. Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. Радиофизика и радиоастрономия
description	В работе приведены результаты исследования отклика ионосферы на сверхсильную магнитную бурю 5–6 августа 2011 г. Магнитная буря сопровождалась отрицательным ионосферным возмущением над Харьковом. Наблюдалось значительное увеличение высоты максимума слоя F2 (с 310 до 510 км). Исследованы вариации параметров ионосферы, измеренных с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы (г. Харьков).
format	Article
author	Домнин, И.Ф. Емельянов, Л.Я. Ляшенко, М.В. Харитонова, С.В. Черногор, Л.Ф.
author_facet	Домнин, И.Ф. Емельянов, Л.Я. Ляшенко, М.В. Харитонова, С.В. Черногор, Л.Ф.
author_sort	Домнин, И.Ф.
title	Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г.
title_short	Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г.
title_full	Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г.
title_fullStr	Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г.
title_full_unstemmed	Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г.
title_sort	ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г.
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/100070
citation_txt	Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. / И.Ф. Домнин, Л.Я. Емельянов, М.В. Ляшенко, С.В. Харитонова, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 4. — С. 320-332. — Бібліогр.: 29 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT domninif ionosfernyeprocessysoprovoždavšiegeokosmičeskuûburû56avgusta2011g AT emelʹânovlâ ionosfernyeprocessysoprovoždavšiegeokosmičeskuûburû56avgusta2011g AT lâšenkomv ionosfernyeprocessysoprovoždavšiegeokosmičeskuûburû56avgusta2011g AT haritonovasv ionosfernyeprocessysoprovoždavšiegeokosmičeskuûburû56avgusta2011g AT černogorlf ionosfernyeprocessysoprovoždavšiegeokosmičeskuûburû56avgusta2011g
first_indexed	2025-07-07T08:18:10Z
last_indexed	2025-07-07T08:18:10Z
_version_	1836975434894409728
fulltext	ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012320 Радиофизика и радиоастрономия. 2012, Т. 17, № 4, c. 320–332 © И. Ф. Домнин, Л. Я. Емельянов, М. В. Ляшенко, С. В. Харитонова, Л. Ф. Черногор, 2012 ÐÀÄÈÎÔÈÇÈÊÀ ÃÅÎÊÎÑÌÎÑÀ И. Ф. ДОМНИН 1, Л. Я. ЕМЕЛЬЯНОВ 1, М. В. ЛЯШЕНКО 1, С. В. ХАРИТОНОВА 1, Л. Ф. ЧЕРНОГОР 1,2 1 Институт ионосферы НАН и МОНМС Украины, ул. Краснознаменная, 16, г. Харьков, 61002, Украина E-mail: sophiaharytonova@gmail.com 2 Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина E-mail: Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua ÈÎÍÎÑÔÅÐÍÛÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ, ÑÎÏÐÎÂÎÆÄÀÂØÈÅ ÃÅÎÊÎÑÌÈ×ÅÑÊÓÞ ÁÓÐÞ 5–6 ÀÂÃÓÑÒÀ 2011 Ã. В работе приведены результаты исследования отклика ионосферы на сверхсильную магнитную бурю 5–6 августа 2011 г. Магнитная буря сопровождалась отрицательным ионосферным возмущением над Харьковом. Наблюдалось значитель- ное увеличение высоты максимума слоя F2 (с 310 до 510 км). Исследованы вариации параметров ионосферы, измерен- ных с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы (г. Харьков). Ключевые слова: геомагнитные бури, некогерентное рассеяние, ионосфера, возмущение УДК 550.388, 520.16+523.31+523.9:520.86 1. Ââåäåíèå Геокосмические бури являются результатом неста- ционарных процессов на Солнце (выбросы корональ- ной массы, вспышки и др.), которые приводят к значительным возмущениям геомагнитного поля Земли (магнитные бури), параметров ионосферы (ионосферные бури) и атмосферы (атмосферные бури), а также ионосферно-магнитосферного элект- рического поля (электрические бури). Эффекты геокосмических бурь в большей степени прояв- ляются в высоких широтах и в меньшей сте- пени в средних. Сверхсильные магнитные бури носят планетарный характер, поэтому их эффек- ты проявляются и на низких широтах. Исследование геокосмических бурь имеет боль- шую общенаучную и прикладную значимос- ти [1–27]. Интенсивные бури могут сопровождать- ся сбоями (авариями) в работе мощных линий электропередач, ионосферного радиоканала, сис- тем радионавигации и телекоммуникаций, низко- частотных радиотелескопов, а также изменения- ми траекторий низкоорбитальных космических ап- паратов и т. д. Геокосмические бури опосредован- но влияют на самочувствие и здоровье людей, а также на состояние биосферы Земли в целом. Физические процессы, сопутствующие бурям, изучены недостаточно. Это затрудняет модели- рование и прогнозирование космической погоды. Поэтому исследование каждой геокосмической бури является актуальной задачей. Цель настоящей работы – изложение резуль- татов наблюдений на радаре некогерентного рас- сеяния (НР) Института ионосферы (г. Харьков) вариаций параметров ионосферы во время сверх- сильной магнитной бури 5–6 августа 2011 г. 2. Ñîñòîÿíèå êîñìè÷åñêîé ïîãîäû Причиной возникновения геокосмической бури послужили вспышки класса M6.0 и M9.3, произо- шедшие 3–4 августа 2011 г., и сопутствовавшие им нестационарные процессы на Солнце. Параметры космической погоды в период с 3 по 9 августа представлены на рис. 1. До начала геокосмической бури 3 и 4 августа концентрация частиц swn и скорость swV солнечного ветра сос- тавляли около 6 3(1 5) 10 м ,−÷ ⋅ и 400 км/с соот- ветственно. 5 августа после 15:00 (здесь и далее ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 321 Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. время UT) концентрация частиц и скорость сол- нечного ветра начали увеличиваться и уже около 18:00 значение swn достигало 6 319 10 м ,−⋅ а swV – 600 км/с. Вместе с этим наблюдалось увеличе- ние температуры частиц солнечного ветра, в ре- зультате чего около 18:30 динамическое давле- ние солнечного ветра swp возросло до 12 нПа. Около 19:00 компонента межпланетного маг- нитного поля zB стала отрицательной и около 20:30 достигла значения –18 нТл. Магнитная Рис. 1. Временные вариации параметров солнечного ветра: концентрации ,swn радиальной скорости ,swV температуры Т и рассчитанных значений динамического давления ,swp yB - и zB -компонентов (пунктирная и сплошная линии соответст- венно) межпланетного магнитного поля, рассчитанных значений энергии ,ε передаваемой солнечным ветром магнитосфере Земли в единицу времени, АЕ-индекса (WDC Киото, Япония), pK -индекса (http://spidr.ngdc.noaa.gov/spidr/index.jsp), stD -индекса (WDC-C2 Киото, Япония) в течение 3–9 августа 2011 г. 322 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 И. Ф. Домнин и др. буря началась внезапно 5 августа 2011 г. в 19:03 (по данным магнитной обсерватории “Львов”, координаты: 49.9° с. ш., 23.74° в. д.). Главная фаза бури имела место с 20:00 5 августа до 04:00 6 августа 2011 г. Во время главной фазы магнитной бури энергия, передаваемая Солнцем магнитосфере Земли, возросла до 37 ГДж/с. Индекс геомагнитной актив- ности был равен max 1741AE = нТл. Значение пла- нетарного индекса pK составляло 8–. Наиболь- шее отклонение индекса stD до значения –113 нТл имело место 6 августа в 04:00. При этом макси- мальные значения планетарных индексов pa и pA составили 179 и 42 соответственно. Согласно клас- сификации магнитных бурь, представленной в ра- ботах [6, 7], эта буря относится к сверхсильным. Фаза восстановления наблюдалась до конца пе- риода измерений, т. е. до 16:45 7 августа. Магнит- ная буря сопровождалась ионосферной бурей, ис- следованию которой посвящена настоящая работа. 3. Ñðåäñòâà è ìåòîäû Харьковский радар НР расположен в Ионосфер- ной обсерватории Института ионосферы вблизи г. Змиева (географические координаты: 49.6° с. ш., 36.3° в. д). Подробное описание радара НР и ре- жимов его работы приведено в работах [5, 28]. Радар НР Института ионосферы является един- ственным источником сведений о поведении ос- новных параметров ионосферы в широком диапа- зоне высот в средних широтах центрально-евро- пейского региона. Максимальная мощность двухканального пе- редатчика достигает 3.6 МВт (средняя мощность 100 кВт), коэффициент усиления параболической антенны составляет 12700 (диаметр антенны – 100 м, ее эффективная площадь – около 3700 м2, ширина луча диаграммы направленности – 1 ).° 3–7 августа 2011 г. радар работал в режиме излучения двухчастотного составного сигнала, состоящего из двух радиоимпульсов длительнос- тью 660 и 130 мкс на частотах 0f и 0 0.1МГцf + соответственно, где 0 158f = МГц. Такой ре- жим обеспечивает высотное разрешение при- мерно 20 и 100 км в диапазонах высот 100 400÷ и 200 1000÷ км соответственно. Относительная погрешность определения пара- метров ионосферы обычно не превышает 10 %. Наблюдения проводились скоординированно с мировой сетью радаров НР (в соответствии с Международным геофизическим календарем) с 3 по 7 августа 2011 г. Для общего контроля состояния ионосферы привлекались данные разнесенных по широте и долготе ионозондов. 4. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû Вариации критической частоты слоя F2. Для исследования вариаций критической частоты F2of во время ионосферной бури использовались данные ионозонда “Москва” Института земного магнетиз- ма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (ИЗМИРАН) (г. Троицк, Россия) (см. рис. 2, а) (http://www.izmiran.ru/services/iweather/dat1/11/ mo1108.txt) и ионозонда обсерватории Прухонице (Чехия) (см. рис. 2, б) (http://www.izmiran.ru/ services/iweather/dat1/11/pq1108.txt). На верхних панелях рис. 2, а, б представлены временные ва- риации F2of (сплошная линия). В качестве конт- рольных данных (пунктирная линия) взяты усред- ненные значения критической частоты F2of в условиях невозмущенной ионосферы в периоды с 30 июля по 3 августа и с 8 по 11 августа 2011 г. На средних панелях на рис. 2, а, б представле- ны временные вариации относительного откло- нения критической частоты в процентах, F2 F2 δ F2 100. F2 o o o o f f f f − = ⋅ Видно, что с началом магнитной бури (около 19:00 5 августа) критическая частота F2of нача- ла быстро снижаться. В 21:00 относительное отклонение F2ofδ составило –25 %. Во время главной фазы магнитной бури по данным ионозон- да “Москва” произошел всплеск F2of (рис. 2, а) до 4 МГц ( F2ofδ увеличилось до 20 %). В это же время такого поведения F2of по данным ионо- зонда в Чехии не наблюдалось (рис. 2, б). Разли- чие в вариациях критической частоты можно объяснить месторасположением ионозондов (ионо- зонд, расположенный в России, находится на 800 км севернее Харькова, а в Чехии – на 1500 км западнее Харькова). В последующие сутки, 6 и 7 августа, наблюда- лось отрицательное ионосферное возмущение. 6 августа в 23:00 F2ofδ было максимальным и составило –45 %, а F2of снизилась до 2.5 МГц (см. рис. 2, а). 7 августа после 12:00 критическая частота начала постепенно восстанавливаться, ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 323 Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. Рис. 2. Вариации критической частоты F2of (верхняя панель, сплошная линия), ее относительного отклонения F2ofδ (средняя панель), концентрации электронов F2mN в максимуме слоя F2 (нижняя панель, сплошная линия) в период измере- ний с 3 по 7 августа и данные при магнитоспокойных условиях (пунктирные линии): а – данные ионозонда “Москва” (Россия); б – данные ионозонда обсерватории Прухонице (Чехия) 324 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 И. Ф. Домнин и др. увеличиваясь до значений, типичных для спокой- ных условий. Вариации концентрации электронов в мак- симуме слоя F2. Изменения критической часто- ты F2of отражают вариации концентрации элек- тронов F2mN в максимуме слоя F2 (см. рис. 2, а, б, нижние панели). 5 августа около 21:00 (рис. 2, а), во время главной фазы магнитной бури, величина F2mN уменьшилась примерно в 2 раза до значения 11 31.4 10 м−⋅ (в спокойный день F2mN составля- ла 11 32.7 10 м ).−⋅ Наиболее заметное уменьше- ние F2,mN до 3.5 раз, имело место 6 августа в 21:00, концентрация электронов при этом равня- лась 11 30.8 10 м−⋅ (в магнитоспокойный день 11 32.7 10 м ).−⋅ Постепенное восстановление F2mN началось 7 августа после 12:00. Вариации высоты максимума слоя F2. Из- мененние высоты максимума концентрации элек- тронов в слое F2 ионосферы F2mz в течение суток определяется как суточными вариациями фото- химических процессов, так и изменением направ- ления термосферных ветров: меридиональная ком- понента ветра ночью направлена к экватору и поднимает слой, а днем она обращена к полюсу, что вызывает уменьшение F2.mz На рис. 3 пред- ставлены временные вариации F2,mz рассчитан- ные по данным радара НР. 4 августа поведение F2mz было характерным для невозмущенной среднеширотной ионосферы. С началом магнитной бури наблюдался рост F2.mz Во время главной фазы бури в 23:00 высо- та максимума слоя F2 достигла 510 км (в спокой- ных условиях она составила 320 340÷ км). Относительное отклонение высоты максимума слоя F2, F2,mzδ (по отношению к F2mz в конт- рольный день) было максимальным и составило около 60 %. 6 августа наблюдалось также увеличе- ние высоты F2mz до 320 км, тогда как в невозму- щенных условиях она составляла 250 км. Отклоне- ние F2mzδ периодически варьировалось, дости- гая 20 30 %÷ и опускаясь до нуля. Восстанов- ление значений высоты максимума слоя F2 до значений, характерных для спокойных условий, началось после 00:00 7 августа. Высотное распределение концентрации электронов слоя F2 ионосферы. В спокойный день (4 августа) вариации концентрации электро- нов N подобны вариациям в среднеширотной ионосфере летом в период роста солнечной ак- тивности [6, 7, 23]. На рис. 4 представлены вариации ( )N t 3–7 августа 2011 г. в диапазоне высот 200 700÷ км. Для сопоставления вариаций N в возмущенный период с вариациями в отсутствие возмущений точками показаны суточные зависимости концен- трации электронов для 4 августа, выбранные в качестве контрольных. Из рисунка видно, что внезапное начало магнитной бури сопровождалось резким увеличением концентрации электронов Рис. 3. Временные вариации высоты F2mz (верхняя панель) с 3 по 7 августа (сплошная линия) и ее относительного откло- нения F2mzδ (нижняя панель). Пунктиром показаны временные вариации F2,mz полученные усреднением данных 3, 4 и 7 августа 2011 г. при магнитоспокойных условиях ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 325 Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. на высотах 450z ≥ км. По сравнению с контроль- ным днем 4 августа зарегистрировано уменьшение N на 91 27 %÷ в диапазоне высот 200 400÷ км. Во время отрицательного ионосферного воз- мущения 6 августа в 23:00 концентрация электро- нов уменьшалась во всем диапазоне исследуе- мых высот. В частности, на высотах 250 350÷ км N уменьшилась более чем в 2 раза. На рис. 5 приведены высотные профили N во время главной фазы магнитной бури 5–6 августа. С 20:00 до 22:45 концентрация электронов посте- пенно уменьшалась. При этом максимум профи- Рис. 4. Временные вариации концентрации электронов N на фиксированных высотах в период с 3 по 7 августа 2011 г. (сплошная линия) и в контрольный день 4 августа 2011 г. (пунктирная линия) 326 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 И. Ф. Домнин и др. ля N поднялся до высоты 400 км, затем начал опускаться. Из рис. 5 видно, что в интервале времени с 23:00 до 23:45 профиль концентрации электронов был заметно деформирован. В 23:15 величина N достигла своего наименьшего значения 10 39 10 м ,−⋅ затем наблюдалось увеличение N. После 01:00 6 августа происходили периоди- ческие изменения N в сторону уменьшения и уве- Рис. 5. Высотные профили концентрации электронов N в последовательные моменты времени (с интервалом 15 мин) в течение главной фазы магнитной бури (с 20:00 5 августа до 04:00 6 августа) ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 327 Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. личения во всем рассматриваемом диапазоне высот. Вариации температур электронов и ионов. Вариации температур электронов eT и ионов iT в период 3–7 августа приведены на рис. 6. В ус- ловиях невозмущенной ионосферы, в ночь с 4 на 5 августа, температура электронов составля- ла 650 1100÷ К, а ионов – 650 950÷ К в диапа- зоне высот 200 700÷ км. В возмущенный период с 5 по 7 августа имел место нагрев плазмы. Значительное увеличение температур электронов и ионов, до 40 %, наб- людалось 5 августа около 22:30. В диапазоне высот 200 700÷ км температура eT составила 800 2500÷ К, а iT – 800 1500÷ К. Температуры eT и iT в ночное время с 5 на 6 августа остава- лись более высокими, чем обычно. Во время от- рицательного ионосферного возмущения в ночь с 6 на 7 августа имели место значительные изме- нения температур: значения eT и iT были выше, чем в невозмущенных условиях, наблюдались их отдельные всплески. Рис. 6. Временные вариации температур электронов eT (слева) и ионов iT (справа) в период с 3 по 7 августа 2011 г. на фиксированных высотах 328 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 И. Ф. Домнин и др. Вариации скорости движения ионосферной плазмы. Сверхсильная геомагнитная буря 5–6 августа 2011 г. вызвала существенные нару- шения динамики ионосферы. На рис. 7 предс- тавлены временные вариации вертикальной составляющей скорости движения ионосферной плазмы zV для ряда высот ионосферы в период с 3 по 7 августа 2011 г. Видно, что в спокойные дни 3 и 4 августа и до 20:00 5 августа, а также 7 августа движение плазмы было в основном характерным для летней среднеширотной ионо- сферы. Направление движения плазмы было пре- Рис. 7. Временные вариации вертикальной составляющей скорости движения ионосферной плазмы zV на фиксированных высотах в период 3–7 августа 2011 г. (скользящее усреднение на интервале 75 мин с шагом 15 мин) ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 329 Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. имущественно нисходящее ( 0).zV < Как обычно, наблюдался утренний экстремум вариаций zV (приблизительно с 00:00 до 08:00, когда на высо- тах 350z > км направление движения плазмы становилось восходящим ( 0),zV > а на высотах 350z < км имело место уменьшение модуля скорости нисходящего движения плазмы). Наблю- дался также вечерний экстремум (увеличение модуля отрицательных значений )zV приблизи- тельно с 18:00 до 23:45. Через 1 ч после начала геомагнитной бури (5 августа в 19:03) возникли значительные ва- риации скорости .zV Первое отклонение скорости в сторону уменьшения ее абсолютного значения наблюдалось на всех высотах приблизительно с 20:00 до 21:15. Амплитуда вариаций zV состав- ляла 30 37÷ м/с. Продолжительность изменения zV от исходного значения до момента максималь- ного отклонения и далее до значения, близкого к исходному, увеличивалась с ростом высоты (см. рис. 7). Первое отклонение zV началось с опозданием приблизительно на час относитель- но момента начала резкого изменения геомаг- нитного индекса ,stD а также zB -компоненты межпланетного магнитного поля. Во время воз- мущений 6 августа утренний экстремум был менее выражен, чем в спокойные дни. На всех приведенных высотах 0.zV < Характер вечерне- го экстремума подобен наблюдавшемуся в спо- койных условиях 3–5 августа. Зарегистрированы колебания zV с периодом около 2 ч 45 мин и амплитудой 20 37÷ м/с в промежутке с 20:00 5 августа до 03:00 6 августа во время отрицательной фазы ионосферного воз- мущения. Эти колебания явно просматриваются на высотах 300z ≤ км. На высотах 300z > км одно из этих колебаний с максимальным откло- нением в область отрицательных значений zV в 00:15 превалировало над остальными. Ампли- туда этого колебания составляла около 44, 31, 21, 19, 34, 38, 48 и 63 м/с на высотах 198, 253, 308, 363, 418, 473, 528 и 583 км соответственно. Во время фазы восстановления 6 августа, с 11:30 до начала вечернего экстремума в 17:30, зареги- стрированы колебания с изменяющимся перио- дом от 2 ч 45 мин до 2 ч и амплитудой 4 9÷ м/с. Кроме этого, 6 августа с 20:00 до 23:30 наблюда- лись квазипериодические вариации zV с перио- дом 45 мин и амплитудой 2 3÷ м/с. Таким образом, изменение космической пого- ды вызвало значительные вариации скорости переноса ионосферной плазмы, что повлияло на структуру ионосферы (измененились электронная концентрация, высота максимума слоя F2 и др.). 5. Îáñóæäåíèå Сверхсильная геомагнитная буря 5–6 августа 2011 г. сопровождалась существенными измене- ниями в поведении основных параметров ионос- феры над Харьковом. С 6 по 7 августа имело место отрицательное ионосферное возмущение. Существует ряд факторов, вызывающих такое воз- мущение. Важную роль в появлении и развитии отрицательного ионосферного возмущения иг- рают вариации параметров нейтральной атмосфе- ры [21, 27], в частности, изменение нейтрального состава. Такое изменение, как известно, связано с высокоширотным нагревом термосферы за счет высыпания энергичных частиц и усиления ав- роральных токов, а также с перестройкой глобаль- ной термосферной циркуляции [11]. При этом усиливаются ветры, направленные к экватору, ко- торые переносят измененный газовый состав в средние и низкие широты. Рассмотрим вариации высоты F2mz макси- мума слоя F2 (см. рис. 3). Как показали измере- ния на радаре НР, F2mz увеличилась во время главной фазы магнитной бури почти на 60 % (до 200 км) и на 30 % (до 100 км) днем 6 авгус- та относительно значений в невозмущенных ус- ловиях. Подъем слоя F2 во время рассматри- ваемой сверхсильной бури, по-видимому, также объясняется совместным действием ряда фак- торов: расширением термосферы и перестройкой глобальной термосферной циркуляции за счет уси- ления высокоширотного источника нагрева ней- трального газа. Результатом возмущения цирку- ляции является дополнительный меридиональный ветер, направленный из высоких широт к экватору. Ночью он усиливает основную компоненту ат- мосферной циркуляции, поднимая слой на более высокие уровни, а днем ослабляет ее и препят- ствует снижению слоя. Временные вариации F2mz в возмущенный период 5–7 августа имели сложный характер и значительно отличались от поведения F2mz в спокойных условиях. Вариации F2( )mz t в период магнитной бури сопровождались деформацией высотного про- филя концентрации электронов в интервале вре- 330 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 И. Ф. Домнин и др. мени 20:00–03:45 (рис. 5): уменьшением концент- рации электронов в максимуме слоя F2 и увели- чением толщины слоя. Такие эффекты свидетель- ствуют также о существенной перестройке гло- бальной термосферной циркуляции при увеличе- нии скорости нейтрального ветра [21]. На это указывает, в частности, рост энергии ,ε инжек- тируемой в магнитосферу, и индекса авроральной активности АЕ. Уменьшение концентрации N на высотах 200 400÷ км (см. рис. 4) в ночь с 5 на 6 августа сопровождалось нагревом плазмы, что явно вид- но из рис. 6. Во время отрицательного ионосфер- ного возмущения (в ночь с 6 на 7 августа) значе- ния N уменьшились в 2 3÷ раза во всем диапазо- не высот 200 700÷ км. Изменения в поведении N на высотах 450z ≥ км выражены слабее, из-за того что с ростом высоты увеличивается влия- ние процесса диффузии на этих высотах [27, 29]. В течение главной фазы магнитной бури на- блюдался необычный нагрев плазмы. При этом температура электронов в 22:30 5 августа пре- высила 700 и 2450 К, а ионов – 800 и 1500 К на высотах ~ 200 и ~ 700 км соответственно. Заметим, что ночной нагрев заряженных частиц в средних широтах наблюдается довольно ред- ко – преимущественно во время сильных геокос- мических бурь. Подобные вариации температур ионосферной плазмы над Харьковом наблюда- лись, например, в течение сверхсильной маг- нитной бури 29–30 мая 2003 г. [1, 6, 7] (индексы геомагнитной активности составили max 89,pA = max 8,pK = min 131stD = − нТл) и крайне сильной магнитной бури 7–10 ноября 2004 г. [2, 4, 6, 7, 10] max( 189,pA = max 9,pK = min 383stD = − нТл). Уве- личение eT можно объяснить рядом причин: джо- улевым нагревом, связанным с проникновением магнитосферных электрических полей в средние широты, высыпанием энергичных частиц, кото- рые приводят к усилению ионосферных динамо- токов, и уменьшением охлаждения электронов при низких значениях N. Этими же процессами можно объяснить и рост ,iT с учетом того, что определенный вклад может еще вносить фрик- ционный нагрев за счет трения быстро движу- щихся под действием электрических полей ионов о нейтральный газ [3, 5]. Магнитная буря значительно повлияла на су- точные вариации вертикальной составляющей скорости .zV В спокойные дни 3, 4, 5 августа (до 20:00) и 7 августа движение плазмы было в основном характерным для летней средне- широтной ионосферы европейского региона. (Как обычно, наблюдался утренний экстремум, обусловленный процессами амбиполярной диф- фузии и переноса плазмы нейтральным ветром в условиях преобладания процесса фотоиониза- ции над процессом потерь ионов O+ и изме- нения направления движения меридиональной компоненты термосферного ветра, а также имел место вечерний экстремум во временных ва- риациях zV – увеличение по модулю скорости нисходящего движения плазмы, – в остальное время величина zV изменялась плавно в преде- лах 80 60− ÷ + м/с.) С 20:00 5 августа, т. е. через час после начала геомагнитной бури, возникли зна- чительные флуктуации скорости .zV Обнаружены квазигармонические колебания zV с периодом около 2 ч 45 мин и амплитудой 20 37÷ м/с в про- межутке времени с 20:00 5 августа до 03:00 6 ав- густа, а также во время фазы восстановления 6 августа, с 11:30 до начала вечернего экстре- мума в 17:30, зарегистрированы колебания с изменяющимся периодом от 2 ч 45 мин до 2 ч и амплитудой порядка 4 9÷ м/с. Такие вариа- ции zV свидетельствуют о сложном поведении ионосферной плазмы во время магнитной бури. В частности, вариации zV вызваны изменением составляющей скорости, обусловленной перено- сом плазмы нейтральным ветром, и значитель- ным усилением скорости дрейфа плазмы в скре- щенных электрическом и магнитном полях (обычно эта составляющая на средних широтах пренебрежимо мала). Результаты измерений zV 5–6 августа 2011 г. кардинально отличаются от данных, полученных во время умеренной магнитной бури 20–22 ян- варя 2010 г. и крайне сильной магнитной бури 24–25 сентября 1998 г. [3, 5, 13]. 6. Âûâîäû Проведенные наблюдения отклика ионосферы на сверхсильную магнитную бурю 5–6 августа 2011 г. дали следующие результаты. 1. Начало и главная фаза магнитной бури со- провождались уменьшением значений критичес- кой частоты, относительное отклонение F2ofδ достигло –25 %. Концентрация электронов F2mN при этом уменьшилась почти в 2 раза. С 6 по 7 августа имело место отрицательное ионосфер- ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 331 Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. ное возмущение, при котором значение F2mN уменьшилось почти в 3.5 раза. 2. В течение главной фазы магнитной бури высота слоя F2 увеличилась примерно на 60 % (от 310 до 510 км). Во время фазы восстановле- ния эта высота, флуктуируя, постепенно умень- шалась от 400 до 270 км. 3. Значительные (десятки процентов) возму- щения N на высотах 200 700÷ км наблюдались с 20:00 5 августа до конца суток 6 августа. 4. Ионосферная буря вызвала существенные изменения формы высотных профилей концент- рации электронов. 5. Уменьшение N во время главной фазы маг- нитной бури сопровождалось значительным нагре- вом плазмы. На высотах 200 700÷ км темпера- тура электронов eT увеличилась до 800 2500÷ К, а температура ионов eT – до 800 1500÷ К. 6. Наибольшие вариации вертикальной состав- ляющей скорости движения плазмы zV наблю- дались в течение главной фазы магнитной бури. Амплитуда колебаний zV составляла 20 40÷ м/с, квазипериод – около 3 ч. 7. Подтверждено, что ионосферная буря при- вела к значительным возмущениям параметров ионосферного канала распространения радиоволн. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Григоренко Е. И., Емельянов Л. Я., Пазюра С. А., Та- ран В. И., Черногор Л. Ф. Возмущения ионосферной плазмы во время сверхсильной магнитной бури 29–31 мая 2003 года: результаты наблюдений на радаре некогерентного рассеяния // Успехи современной ра- диоэлектроники. – 2005. – №4. – С. 21–39. 02. Григоренко Е. И., Емельянов Л. Я., Пазюра С. А., Чер- ногор Л. Ф. Ионосферные процессы в течение сильней- шей геокосмической бури 7–10 ноября 2004 г. 1. Ре- зультаты наблюдений // Космічна наука і технологія. – 2007. – Т. 13, №4. – С. 62–76. 03. Григоренко Е. И., Емельянов Л. Я., Таран В. И., Черно- гор Л. Ф. Результаты наблюдения процессов в ионо- сфере, сопутствующих геомагнитной буре 25 сентября 1998 г., при помощи радара некогерентного рассеяния в Харькове // Распространение радиоволн: Труды XX Всероссийской научн. конф. – Нижний Новгород (Рос- сия). – 2002. – С. 56–57. 04. Григоренко Е. И., Лысенко В. Н., Пазюра С. А., Та- ран В. И., Черногор Л. Ф. Ионосферные возмущения в течение сильнейшей магнитной бури 7–10 ноября 2004 г. // Геомагнетизм и аэрономия. – 2007. – Т. 47, №6. – С. 761–779. 05. Григоренко Е. И., Лысенко В. Н., Таран В. И., Черно- гор Л. Ф. Результаты радиофизических исследований процессов в ионосфере, сопровождавших сильней- шую геомагнитную бурю 25 сентября 1998 г. // Успехи современной радиоэлектроники. – 2003. – №9. – С. 57–94. 06. Григоренко Е. И., Лысенко В. Н., Таран В. И., Черно- гор Л. Ф. Анализ и классификация ионосферных бурь в средних широтах Европы. 1 // Космічна наука і техно- логія. – 2007. – Т. 13, №5. – С. 58–76. 07. Григоренко Е. И., Лысенко В. Н., Таран В. И., Черно- гор Л. Ф. Анализ и классификация ионосферных бурь в средних широтах Европы. 2 // Космічна наука і техно- логія. – 2007. – Т. 13, №5. – С. 77–96. 08. Григоренко Е. И., Пазюра С. А., Таран В. И., Черно- гор Л. Ф. Аномальная ионосферная буря 20–23 марта 2003 года: результаты измерений и моделирования // Космічна наука і технологія. – 2005. – Т. 11, №3/4. – С. 4–19. 09. Григоренко Е. И., Пазюра С. А., Таран В. И., Черно- гор Л. Ф. Сильнейшая геокосмическая буря 30–31 мая 2003 г.: результаты измерений и моделирования // Кос- мічна наука і технологія. – 2005. – Т. 11, №3/4. – С. 56–67. 10. Григоренко Е. И., Пазюра С. А., Черногор Л. Ф. Ионо- сферные процессы в течение сильнейшей геокосмичес- кой бури 7–10 ноября 2004 г. 2. Результаты расчетов и обсуждений // Космічна наука і технологія. – 2007. – Т. 13, №4. – С. 77–90. 11. Данилов А. Д., Морозова Л. Д. Ионосферные бури в области F2. Морфология и физика (обзор) // Геомаг- нетизм и аэрономия. – 1985. – Т. 25, №5. – С. 705–721. 12. Дзюбанов Д. А., Ляшенко М. В., Черногор Л. Ф. Иссле- дование и моделирование вариаций параметров ионо- сферной плазмы в период минимума 23-го цикла сол- нечной активности // Космічна наука і технологія. – 2008. – Т. 14, № 1. – С. 44–56. 13. Домнин И. Ф., Емельянов Л. Я., Пазюра С. А., Харито- нова С. В., Черногор Л. Ф. Динамические процессы в ионосфере в течение весьма умеренной магнитной бури 20–21 января 2010 г. // Космічна наука і техно- логія. – 2011. – Т. 17, № 4. – С. 26–40. 14. Емельянов Л. Я., Григоренко Е. И., Скляров И. Б. Радиофизические наблюдения вертикального дрей- фа плазмы в области F ионосферы на харьковском радаре некогерентного рассеяния // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. – Харьков: Харьковс- кий нац. ун-т радиоэлектроники. – 2004. – Вып. 136. – С. 102–108. 15. Павлов А. В., Павлова Н. М.,. Макаренко С. Ф. Изуче- ние теплового баланса ионосферы и плазмосферы сред- них широт по данным станции “Миллстоун-Хилл” с 14 по 17 января 1986 г. // Геомагнетизм и аэрономия. – 2004. – Т. 44, № 2. – С. 204–215. 16. Черногор Л. Ф. Физика Земли, атмосферы и геокосмоса в свете системной парадигмы // Радиофизика и радио- астрономия. – 2003. – Т. 8, № 1. – С. 59–106. 17. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – ионосфера – маг- нитосфера как открытая динамическая нелинейная физическая система. 1 // Нелинейный мир. – 2006. – Т. 4, № 12. – С. 655–697. 18. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – ионосфера – маг- нитосфера как открытая динамическая нелинейная физическая система. 2 // Нелинейный мир. – 2007. – Т. 5, № 4. – С. 198–231. 332 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 И. Ф. Домнин и др. 19. Banks P. M. Charged particle temperatures and electron thermal conductivity in the upper atmosphere // Ann. Geo- phys. – 1966. – Vol. 22. – P. 577–584. 20. Buonsanto M. J. Ionospheric Storms – a Review // Space Sci. Rev. – 1999. – Vol. 88, No. 3-4. – P. 563-601. 21. Burns A. G., Killeen T. L., Deng W., Carignan G. R., and Roble R. G. Geomagnetic storm effects in the low- to mid- dle-latitude upper thermosphere // J. Geophys. Res. – 1995. – Vol. 100, No. A8. – P. 14,673–14,691. 22. Chernogor L. F., Grigorenko Ye. I., Lazorenko S. V., and Taran V. I. Wave Disturbances in the Ionosphere Accom- panying the Solar Flare and the Strongest Magnetic Storm of September 25, 1998 // Geomagnetism and Aeronomy. – 2003. – Vol. 43, No. 6. – P. 718–735. 23. Chernogor L. F., Grigorenko Ye. I., Lysenko V. N., and Taran V. I. Dynamic processes in the ionosphere during magnetic storms from the Kharkov incoherent scatter radar observations // Int. J. Geomagn. Aeron. – 2007. – Vol. 7, No. 3. – GI3001, doi: 10.1029/2005GI000125. 24. Dalgarno A. and Degges T. C. Electron cooling in the upper atmosphere // Planet. Space Sci. – 1968. – Vol. 16, Is. 1. – P. 125–132. 25. Mikhailov A. V. and Foster J. C. Daytime Thermosphe- re above Millstone Hill during Severe Geomagnetic Storms // J. Geophys. Res. – 1997. – Vol. 102, No. A8. – P. 17,275–17,282. 26. Mishin E., Foster J. C., Potekhin A. P., Rich F. J., Schle- gel K., and Taran V. I. Ionospheric perturbations caused by quast-periodic magnetic disturbances during the Sep- tember 25, 1998 storm // EOS Trans. Am. Geophys. Union Fall Meeting. – 2000. – Vol. 81, No. 48. – P. F947. 27. Mishin E., Foster J. C., Rich F. J., and Taran V. I. Prompt ionospheric response to short period solar wind variations during the magnetic cloud event September 25, 1998 // EOS Trans. Am. Geophys. Union Spring Meeting. – 2001. – Vol. 82, No. 20. – P. S291. 28. Таран В. И. Исследование ионосферы в естественном и искусственно возмущенном состояниях методом не- когерентного рассеяния // Геомагнетизм и аэрономия. – 2001. – Т. 41, № 5. – С. 659–666. 29. Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P., and Aikin A. C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: statis- tical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. – 2002. – Vol. 107, No. А12. – P. 1468-1483. І. Ф. Домнін 1, Л. Я. Ємельянов 1, М. В. Ляшенко 1, С. В. Харитонова 1, Л. Ф. Чорногор 1,2 1 Інститут іоносфери НАН і МОНМС України, вул. Червонопрапорна, 16, м. Харків, 61002, Україна 2 Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна ІОНОСФЕРНІ ПРОЦЕСИ, ЩО СУПРОВОДЖУВАЛИ ГЕОКОСМІЧНУ БУРЮ 5–6 СЕРПНЯ 2011 Р. Наведено результати дослідження відгуку іоносфери на надпотужну магнітну бурю 5–6 серпня 2011 р. Магніт- на буря супроводжувалася негативним іоносферним збу- ренням над Харковом. Спостерігалося значне збільшення висоти максимуму шару F2 (від 310 до 510 км). Дослідже- но варіації параметрів іоносфери, отриманих за допомогою радару некогерентного розсіяння Інституту іоносфери (м. Харків). I. F. Domnin 1, L. Ya. Emelyanov 1, M. V. Lyashenko 1, S. V. Kharytonova 1, and L. F. Chernogor 1,2 1 Institute of Ionosphere, National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Science, Youth and Sports of Ukraine, 16, Chervonopraporna St., Kharkiv, 61002, Ukraine 2 V. Kazarin National University of Kharkiv, 4, Svoboda Sq, Kharkiv, 61022, Ukraine IONOSPHERIC PROCESSES DURING THE GEOSPACE STORM OF AUGUST 5–6, 2011 Results of the study of the ionosphere response to the severe magnetic storm of 5–6 August 2011 are presented. The magnetic storm was accompanied by negative ionospheric disturbance over Kharkiv. A significant increase in the F2 layer peak altitude (from 310 to 510 km) was observed. The variations of iono- sphere parameters measured by the incoherent scatter radar of the Institute of Ionosphere, Kharkiv, were studied. Статья поступила в редакцию 10.07.2012 г.

Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г.

Репозитарії

Схожі ресурси