Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г.
Проанализированы регулярные и квазипериодические сезонно-суточные вариации концентрации электронов в слое F2 ионосферы в период роста солнечной активности (в 2011 г.). Для системного спектрального анализа применялось оконное преобразование Фурье, адаптивное преобразование Фурье и вейвлет-преобразова...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Радиофизика и радиоастрономия |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100073 |
| 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: | Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. / Л.Ф. Черногор, В.В. Барабаш // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 4. — С. 353-261. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860181071631482880 |
|---|---|
| author | Черногор, Л.Ф. Барабаш, В.В. |
| author_facet | Черногор, Л.Ф. Барабаш, В.В. |
| citation_txt | Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. / Л.Ф. Черногор, В.В. Барабаш // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 4. — С. 353-261. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радиофизика и радиоастрономия |
| description | Проанализированы регулярные и квазипериодические сезонно-суточные вариации концентрации электронов в слое F2 ионосферы в период роста солнечной активности (в 2011 г.). Для системного спектрального анализа применялось оконное преобразование Фурье, адаптивное преобразование Фурье и вейвлет-преобразование. Во все сезоны в слое F2 ионосферы проявлялось преобладающее колебание с периодом 140÷ 200 мин, амплитудой (0.2÷ 2)∙10¹¹ м⁻³, относительной амплитудой 0.1÷ 0.2. Длительность этого колебания в зависимости от сезона изменялась от 5÷7 до 24 ч. Амплитуда колебаний с другими периодами была заметно меньше.
Проаналізовано регулярні та квазіперіодичні сезонно-добові варіації концентрації електронів у шарі F2 іоносфери в період зростання сонячної активності (у 2011 р.). Для системного спектрального аналізу застосовувалося віконне перетворення Фур’є, адаптивне перетворення Фур’є та вейвлет-перетворення. В усі сезони в шарі F2 іоносфери спостерігалося переважаюче коливання з періодом 140 ÷ 200 хв, амплітудою (0.2÷2)∙10¹¹ м⁻³, відносною амплітудою 0.1÷ 0.2. Тривалість цього коливання залежно від сезону змінювалася від 5÷7 до 24 год. Амплітуда коливань з іншими періодами була помітно меншою.
Regular and quasiperiodic seasonal and diurnal variations of electron density in ionospheric F2-layer in growth of solar activity (2011) are analyzed. Short-time Fourier transform, adaptive Fourier transform and wavelet transform were applied to the system spectral analysis. During all seasons, a prevailing oscillation with the period of 140 ÷ 200 min, amplitude (0.2÷2)∙10¹¹ m⁻³, relative amplitude 0.1÷ 0.2 had been shown in ionospheric F2-layer. Duration of this oscillation, depending on the season, varied within 5÷7 to 24 h. The amplitude of fluctuations with other periods was noticeably smaller.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:02:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 353
Радиофизика и радиоастрономия. 2012, Т. 17, № 4, c. 353–361
Л. Ф. ЧЕРНОГОР 1, 2, В. В. БАРАБАШ 2
1 Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина,
пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина
E-mail: Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua
2 Институт ионосферы НАН и МОНМС Украины,
ул. Краснознаменная, 16, г. Харьков, 61002, Украина
E-mail: Barabash_VV@ukr.net
ÂÎËÍÎÂÛÅ ÂÎÇÌÓÙÅÍÈß ÊÎÍÖÅÍÒÐÀÖÈÈ ÝËÅÊÒÐÎÍÎÂ
 ÑËÎÅ F2 ÈÎÍÎÑÔÅÐÛ: ÑÅÇÎÍÍÎ-ÑÓÒÎ×ÍÛÅ ÂÀÐÈÀÖÈÈ
Проанализированы регулярные и квазипериодические сезонно-суточные вариации концентрации электронов в слое F2
ионосферы в период роста солнечной активности (в 2011 г.). Для системного спектрального анализа применялось
оконное преобразование Фурье, адаптивное преобразование Фурье и вейвлет-преобразование. Во все сезоны в слое F2
ионосферы проявлялось преобладающее колебание с периодом 140 200÷ мин, амплитудой 11 3(0.2 2) 10 м ,−⋅÷ относи-
тельной амплитудой . . .0 1 0 2÷ Длительность этого колебания в зависимости от сезона изменялась от 5 7÷ до 24 ч.
Амплитуда колебаний с другими периодами была заметно меньше.
Ключевые слова: метод вертикального зондирования, сезонно-суточная зависимость, концентрация электронов, регуляр-
ные и квазипериодические возмущения, системный спектральный анализ, внутренние гравитационные волны
УДК 550.388, 520.16;
523.31; 523.9:520.86
© Л. Ф. Черногор, В. В. Барабаш, 2012
1. Ââåäåíèå
Ионосфера – один из основных каналов распростра-
нения радиоволн. Она существенно влияет на харак-
теристики радиоволн с длинной волны от сантимет-
ров до тысяч километров (см., например, [1–5]).
Особую роль играют нестационарные процессы
в ионосфере. Именно они ограничивают потен-
циальные характеристики систем радиолокации,
радионавигации и телекоммуникаций (см., напри-
мер, [2]).
Среди нестационарных процессов в ионосфере
важное место занимают квазипериодические
(волновые) процессы. Их исследованию посвя-
щено большое количество экспериментальных
и теоретических работ (см., например, [6–24]).
Несмотря на это, систематическое изучение та-
ких процессов только начинается (см., напри-
мер [25–27]). Ведущую роль в исследовании
волновых процессов играют радиофизические ме-
тоды. К ним относятся методы некогерентного
рассеяния, доплеровского зондирования, частич-
ных отражений, вертикального зондирования и др.
(см., например, [24–27]).
Для построения модели волновых процессов
в ионосфере требуются непрерывные наблюде-
ния в глобальных масштабах. Пока это невоз-
можно. Поэтому исследователи ограничиваются
измерениями для характерных геофизических пе-
риодов [25–27]. К ним относятся весеннее и осен-
нее равноденствия, а также летнее и зимнее
солнцестояния.
Цель настоящей работы – исследование се-
зонно-суточных вариаций концентрации электро-
нов и ее волновых возмущений в максимуме слоя
F2 ионосферы в период роста солнечной актив-
ности (в 2011 г.).
2. Ñðåäñòâà è ìåòîäû
2.1. Èîíîçîíä
Наблюдения ионосферы осуществлялись с помо-
щью модифицированного ионозонда “Базис” с циф-
ровой регистрацией параметров отраженного
сигнала. Ионозонд расположен в Ионосферной об-
серватории Института ионосферы вблизи г. Харь-
кова (49 36′° c. ш., 36 18′° в. д.).
Передатчик ионозонда “Базис” работает в
диапазоне частот 0.3 20÷ МГц. Выходная мощ-
ность составляет 10 кВт, длительность излучае-
мого импульса – 100 мкс. Частота следования
импульсов может изменяться от 3.125 до 25 Гц.
Приемное устройство ионозонда “Базис”
создано на основе супергетеродина с преоб-
разованием частоты: в диапазоне частот от 0.3
до 2.3 МГц – с двойным преобразованием, от 2.3
до 40 МГц – с тройным.
Приемная и передающая антенны ионозон-
да идентичны и расположены ортогонально.
Каждая из антенн состоит из двух широкополос-
ных вертикальных ромбов. Малый ромб рабо-
354 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012
Л. Ф. Черногор, В. В. Барабаш
тает в диапазоне частот 6 20÷ МГц, большой –
в диапазоне 0.3 6÷ МГц.
Темп регистрации ионограмм – одна ионограм-
ма каждые 15 мин.
Погрешность отсчета частоты на ионограм-
мах – 25 кГц.
2.2. Ìåòîäèêà àíàëèçà
Для спектрального анализа использовались окон-
ное преобразование Фурье (ОПФ), адаптивное
преобразование Фурье (АПФ) и вейвлет-преобра-
зование (ВП). Формат представления данных ана-
лиза такой же, как в работе [28].
Далее для ОПФ и АПФ в работе используют-
ся следующие выражения:
2 2( , ) ( ) exp d ,
2S
wS wS
t tP T f t g i t
t t T
∞
−∞
⎛ ⎞− τ π⎛ ⎞τ = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠
∫
( , )AP T τ =
2 2( ) exp ( ) d ,
2v v v
t πf t g i t t
vT vT T
+∞
−∞
⎛ ⎞ ⎛ ⎞− τ= − − τ⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
∫
где wSt – ширина окна для ОПФ; физический
смысл величин 2T = π ω и 2vT a v= – периоды
колебаний.
В настоящей работе для ОПФ и АПФ в каче-
стве ( )g t использовалось окно Хемминга, имею-
щее вид
( ) (0.54 0.46cos ),Hg t t= γ + π
где 1.12γ ≈ – нормирующий множитель, t – без-
размерное время.
Непрерывное ВП функции ( )f t осуществля-
лось на основании выражения
*
1 2
1( , ), ( ) d ,W
t bP a b f t t
aa
∞
−∞
−⎛ ⎞= Ψ ⎜ ⎟⎝ ⎠∫
где символом “*” обозначено комплексное сопря-
жение, а разложение производится по базису вей-
влетов
, 1 2
1( ) ,a b
t bt
aa
−⎛ ⎞Ψ = Ψ⎜ ⎟⎝ ⎠
в котором a – параметр масштабирования ( 0),a >
b – параметр сдвига.
Для ВП в качестве ( )tΨ применялся вейвлет
Морле.
Кроме функций ( , ),SP T τ ( , )AP T τ и ( , ),WP T τ в
работе используются также энергограммы, т. е.
распределения энергии по периодам [28]:
( ) ( , )d ,S SE T P T
∞
−∞
= τ τ∫ ( ) ( , )d ,A AE T P T
∞
−∞
= τ τ∫
( ) ( , )d .W WE T P T
∞
−∞
= τ τ∫
Системный спектральный анализ выполнен для
диапазона периодов 30 360÷ мин.
2.3. Ñîñòîÿíèå êîñìè÷åñêîé ïîãîäû
Состояние солнечной активности оценивалось по
числам Вольфа W и индексу F10.7, а геомагнитной
активности – по индексам ,pK ,stD AE (табл. 1).
Из табл. 1 видно, в периоды измерений Солнце ос-
тавалось спокойным. Состояние геомагнитного поля
было также невозмущенным. Поэтому описанные
ниже вариации концентрации электронов были выз-
ваны суточными и сезонными процессами.
3. Ñåçîííî-ñóòî÷íûå âàðèàöèè
êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ
3.1. Ðåãóëÿðíûå âàðèàöèè
Во время весеннего и осеннего равноденствий вре-
менные вариации концентрации электронов N в мак-
симуме слоя F2 в целом были подобными (рис. 1, а
и в). В интервале времени 00 : 00 04 : 00− (здесь и
далее указано местное время (LT)) 11 32 10 м .N −≈ ⋅
После восхода Солнца на высотах слоя F2 концент-
рация электронов постепенно увеличивалась до зна-
чений 11 3(6 7) 10 м−÷ ⋅ в период весеннего равноден-
ствия и до значений 12 3(1.0 1.1) 10 м−÷ ⋅ в период
осеннего равноденствия. Максимальное значение N
имело место в интервалах времени 12 : 00 13: 00−
и 10 : 00 12 : 00− в периоды осеннего и весеннего
равноденствий соответственно. Затем наблюдалось
медленное уменьшение N до 11 3(5 7) 10 м−÷ ⋅ до мо-
мента захода Солнца на уровне земли. После захо-
да Солнца в ионосфере скорость уменьшения N уве-
личивалась. К 22:00 достигалось минимальное зна-
чение N (около 11 3(2 3) 10 м ).−÷ ⋅
Рассмотрим временные изменения концентра-
ции электронов в период летнего солнцестояния.
В этот период Солнце на высотах более 300 км
не заходит. С 00:00 и до 04:00 имело место падение
N примерно от 11 3(3 4) 10 м−÷ ⋅ до 11 3(2 2.5) 10 м−÷ ⋅
(рис. 1, б). Затем наблюдался рост N до
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 355
Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации
11 3(5 6) 10 м ,−÷ ⋅ который начался в интервале вре-
мени 09 : 00 10 : 00.− После 10 : 00 12 : 00− возник-
ло кратковременное уменьшение N до 11 34 10 м .−⋅
Далее имел место вечерний рост N. Максималь-
ные значения N в вечернее время достигали
11 35.5 10 м−⋅ примерно в 20:00.
Далее опишем суточные вариаций N в период
зимнего солнцестояния (рис. 1, г). В интервале
Таблица 1. Состояние космической погоды
22 марта 2011 г. 32 100 3.3 0 13 –17 345 23
23 марта 2011 г. 30 105 3.3 2 8 –12 587 51
24 марта 2011 г. 39 108 1.7 0.7 6 –3 89 22
20 июня 2011 г. 26 96 2.7 1 12 –13 472 49
21 июня 2011 г. 33 95 2.7 1 9 –5 445 64
22 июня 2011 г. 33 93 4 1.3 9 –10 552 64
19 сентября 2011 г. 92 141 1 0 1 –20 107 17
20 сентября 2011 г. 80 144 3 0.7 –2 –16 280 29
21 сентября 2011 г. 70 144 2 0 4 –11 417 18
20 декабря 2011 г. 72 137 2.7 0.7 4 –11 359 23
21 декабря 2011 г. 73 145 2.7 0.3 5 –20 470 20
22 декабря 2011 г. 69 146 2.7 0.3 –7 –21 157 25
Дата W F10.7
AE, нТл
max min max maxmin min
Рис. 1. Временные вариации концентрации электронов в максимуме слоя F2 23 марта 2011г. (а), 21 июня 2011 г. (б), 20 сентября
2011 г. (в), 21 декабря 2011 г. (г). Штриховая линия – результат усреднения на интервале времени 3 ч. Вертикальными линиями
здесь и далее показаны моменты восхода Солнца на высотах 300 и 0 км и моменты захода Солнца на высотах 0 и 300 км.
pK , нТлstD
356 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012
Л. Ф. Черногор, В. В. Барабаш
времени с 19:00 до 05:00 (следующих суток) зна-
чения N были близки к 11 32 10 м .−⋅ С 06:00 и до
10 : 00 11: 00− наблюдался рост N до значений
11 3(8 10) 10 м .−÷ ⋅ После 11: 00 12 : 00− в течение
6 ч концентрация N уменьшилась до ночных зна-
чений 11 3(2 10 м ).−⋅
В дни, соседствующие с днями равноденствий
и солнцестояний, временные вариации N в целом
были подобными.
На регулярные изменения ( )N t накладывались
квазипериодические возмущения.
3.2. Íåðåãóëÿðíûå âàðèàöèè
В период весеннего равноденствия возмущения кон-
центрации электронов NΔ носили квазипериодичес-
кий характер (рис. 2, а, верхняя панель). В ночное
время амплитуда колебаний электронной концент-
рации aNΔ составляла около 10 3(1 2) 10 м ,−÷ ⋅ а в
дневное время – 10 3(5 6) 10 м ,−÷ ⋅ т. е. в 3 5÷ раз
больше (рис. 2, а, верхняя панель).
Вблизи летнего солнцестояния возмуще-
ния ( )N tΔ были достаточно хаотичными, но и
в них выделялись квазипериодические колебания,
амплитуда которых практически не зависела от вре-
мени суток и составляла 10 3(2 5) 10 м−÷ ⋅ (рис. 2, б,
верхняя панель).
В период осеннего равноденствия в ночное вре-
мя 10 3(1 5) 10 м ,aN −Δ ≈ ÷ ⋅ а в дневное время –
11 3(1.0 1.5) 10 м ,aN −Δ ≈ ÷ ⋅ т. е. в 3 10÷ раз боль-
ше (рис. 2, в, верхняя панель).
Вблизи зимнего солнцестояния возмущения
NΔ также существенно зависели от времени
суток. В ночное время 10 32 10 м ,aN −Δ ≈ ⋅ а в днев-
ное время 11 32 10 мaN −Δ ≈ ⋅ (рис. 2, г, верхняя
панель). Различие между значениями aNΔ дос-
тигало порядка величины.
Временные вариации относительных возмуще-
ний концентрации электронов ,N N Nδ = Δ где
( )N t – вариации регулярных значений N, приве-
дены на верхних панелях рис. 3. Из этих рисунков
видно, что зависимости ( )N tδ в основном повто-
ряют зависимости ( ).N tΔ
В период весеннего равноденствия максималь-
ные значения Nδ имели место в дневное время.
Они достигали значения 0.15, но в среднем ампли-
туда колебаний Naδ была около 0.1 (см. рис. 3, а).
В конце июня суточные вариации Nδ практи-
чески отсутствовали. Флуктуации Nδ обычно
не превышали 0.15,± в среднем их амплитуда
составляла 0.1 (см. рис. 3, б).
Во время осеннего равноденствия вариации
( )N tδ были подобны вариациям во время ве-
сеннего равноденствия. В среднем 0.1Naδ ≈ (см.
рис. 3, в).
В период зимнего солнцестояния флуктуации
Nδ достигали 0.4± (см. рис. 3, г). В среднем
0.2.Naδ ≈
4. Ðåçóëüòàòû ñïåêòðàëüíîãî àíàëèçà
4.1. Ñïåêòðàëüíûé ñîñòàâ ñåçîííî-ñóòî÷íûõ
âàðèàöèé àáñîëþòíûõ âîçìóùåíèé
êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ
В период весеннего равноденствия в дневное вре-
мя преобладали колебания N с медленно увели-
чивающимся периодом Т от 140 до 230 мин и про-
должительностью 10 12TΔ ≈ ÷ ч, эпизодически
наблюдалось также колебание с 40T ≈ мин и
1 2TΔ ≈ ÷ ч (см. рис. 2, а). В вечернее время
имело место колебание с 60 100T ≈ ÷ мин.
Вблизи летнего солнцестояния в дневное и
ночное время преобладали колебания с T ≈
200 мин (см. рис. 2, б). Их продолжительность
5TΔ ≈ ч. Кроме этих колебаний, наблюдались
процессы с 100 150T ≈ ÷ мин, их амплитуда была
примерно в 2 раза меньше преобладающих коле-
баний. Эпизодически возникали также колебания
с 40T ≈ мин и 1 2TΔ ≈ ÷ ч.
В период осеннего равноденствия в утреннее
и дневное время было ярко выражено колебание
с 170 210T ≈ ÷ мин (см. рис. 2, в). Его продол-
жительность была не меньше 10 ч. В вечернее
и ночное время основным было колебание с T ≈
230 300÷ мин и 6 7TΔ ≈ ÷ ч.
Во время зимнего солнцестояния утром и днем
преобладали колебания с периодами 120 160÷ и
180 220÷ мин (см. рис. 2, г). Их продолжитель-
ность составляла 5 6÷ ч. В вечернее и ночное
время период преобладающего колебания был
близок к 180 220÷ мин, 5 6TΔ ≈ ÷ ч.
4.2. Ñïåêòðàëüíûé ñîñòàâ ñåçîííî-ñóòî÷íûõ
âàðèàöèé îòíîñèòåëüíûõ âîçìóùåíèé
êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ
Результаты спектрального анализа ( )N tδ пред-
ставлены на рис. 3. Из рис. 3, а видно, что во
время весеннего равноденствия днем период
основного колебания был близок к 120 160÷ мин.
В предзаходное и ночное время четко выделя-
лись два колебания с периодами около 60 70÷
и 180 220÷ мин.
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 357
Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации
Вблизи летнего солнцестояния в течение по-
чти всех суток 21 июня 2011 г. преобладало коле-
бание с 150 240T ≈ ÷ мин. Кроме него, эпизоди-
чески возникали колебания с периодами 100 120÷
и около 300 мин (см. рис. 3, б). Их продолжитель-
ность составляла от 4 до 6 ч.
Рис. 2. Зависимости ( )N tΔ для 23 марта 2011 г. (а), 21 июня 2011 г. (б), 20 сентября 2011 г. (в) и 21 декабря 2011 г. (г),
а также результаты спектрального анализа при помощи ОПФ, АПФ, и ВП (панели сверху вниз) и соответствующие энерго-
граммы (справа)
358 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012
Л. Ф. Черногор, В. В. Барабаш
Во время осеннего равноденствия утром и
днем преобладало колебание с 140 190T ≈ ÷ мин.
Его продолжительность достигала 10 ч (см.
рис. 3, в). Ночью главным было колебание с
230 300T ≈ ÷ мин и 6 7TΔ ≈ ÷ ч.
В период зимнего солнцестояния наибольшие
вариации ( )N tδ имели место при прохождении сол-
нечных терминаторов и в течении 4 5÷ ч после
этого (см. рис. 3, г). Период основного колебания
составлял 180 240÷ мин. Кроме этого колебания,
Рис. 3. Зависимости ( )N tδ для 23 марта 2011 г. (а), 21 июня 2011 г. (б), 20 сентября 2011 г. (в), 21 декабря 2011 г. (г)
и результаты ОПФ, АПФ, и ВП (панели сверху вниз), а также соответствующие энергограммы (справа)
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 359
Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации
эпизодически наблюдались также колебания с
периодами 60 110÷ и 280 330÷ мин. Для них
6 10TΔ ≈ ÷ ч.
5. Îáñóæäåíèå
Сезонно-суточные вариации регулярных значений
N полностью соответствуют имеющимся пред-
ставлениям о физико-химических процессах
в ионосфере (см., например, [29, 30]). Получен-
ные данные хорошо согласуются с измеренными
методом некогерентного рассеяния значениями
N в данном регионе в период роста солнечной
активности [31].
Остановимся подробнее на квазипериодичес-
ких вариациях концентрации электронов. Обоб-
щенные сведения об этих вариациях приведены
в табл. 2. Из таблицы видно, что наибольшие
значения амплитуд aNΔ имели место в зимнее
время, несколько меньшие значения – в осеннее
время. В ночное время (кроме периода, близкого
к летнему солнцестоянию) амплитуда aNΔ
в 3 10÷ раз меньше, чем в дневное время.
Относительные амплитуды квазипериодичес-
ких изменений концентрации электронов в днев-
ное время были близки к 0.1, а в период зимнего
солнцестояния достигали 0.2. В ночное вре-
мя значение Nδ во все сезоны были примерно
в 2 раза меньше, чем в дневное время.
Период преобладающих колебаний в различные
сезоны года составлял 140, 180, 175 и 200 мин
(см. табл. 2). Этот период близок к периоду тре-
тьей гармоники приливных процессов в атмосфе-
ре, равному 180 мин. Эпизодически появлялось
также колебание с меньшими Nδ и периодами
около 60, 100, 220 и 300 мин. Возможно, что эти
периоды относятся к гармоникам единого процес-
са с периодом около 300 мин. Волновые процессы
с указанными периодами и амплитудами свой-
ственны внутренним гравитационным волнам.
Продолжительность преобладающих колеба-
ний была значительной: от 5 7÷ до 24 ч (в пери-
од летнего солнцестояния).
Оказалось, что суточные вариации ( )N tΔ и
( )N tδ в основном отслеживали суточные изме-
нения ( ).N t Коэффициенты взаимной корреляции
значений амплитуды aNΔ и ,N а также
aNδ и N
составляли 0.6 0.8÷ для различных сезонов.
Полученные сведения о квазипериодических
процессах в максимуме слоя F2 в целом хорошо
согласуются с результатами наших наблюдений
в этом же регионе на радаре некогерентного рас-
сеяния (см., например, [25–27]).
6. Âûâîäû
1. Регулярные сезонно-суточные вариации кон-
центрации электронов в максимуме слоя F2
полностью соответствуют существующим пред-
ставлениям о физико-химических процессах
в ионосфере и данным других исследований.
2. На регулярный ход ( )N t накладывались ква-
зипериодические вариации концентрации элект-
ронов.
3. Во все сезоны в слое F2 ионосферы прояв-
лялось преобладающее квазипериодическое ко-
лебание N с периодом 140 200÷ мин, имевшее
амплитуду 11 3(0.2 2) 10 м−÷ ⋅ и относительную
амплитуду, равную 0.1 0.2.÷
4. Продолжительность преобладающего коле-
бания составляла 5 7÷ ч, а в период летнего сол-
нцестояния достигала 24 ч.
5. Эпизодически в спектре вариаций N возни-
кали также колебания с периодами от 60 100÷
Таблица 2. Основные параметры квазипериодических процессов в дневное (ночное) время
Весеннее равноденствие 10(5 6) 10÷ ⋅ 0.1 120 160÷ 15
( )10(1 2) 10÷ ⋅ (0.05) (60 70, 180 220)÷ ÷
Летнее солнцестояние 10(2 5) 10÷ ⋅ 0.1 150 240÷ 24
(0.1) (100 120, 300)÷ (4 6)÷
Осеннее равноденствие 11(1.0 1.5) 10÷ ⋅ 0.1 140 190÷ 10
( )10(1 5) 10÷ ⋅ (0.05) (230 300)÷ (6 7)÷
Зимнее солнцестояние 112 10⋅ 0.2 180 240÷ 5 6÷
10(2 10 )⋅ (0.1) (60 110, 280 330)÷ ÷ (6 10)÷
Сезон Амплитуда колебаний,
м–3
Относительная
амплитуда колебаний
Период
преобладающего
колебания, мин
Продолжительность
квазипериодического
процесса, ч
360 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012
Л. Ф. Черногор, В. В. Барабаш
до 300 мин. Их амплитуда была в несколько раз
меньше амплитуды преобладающего колебания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
01. Альперт Я. Л. Распространение электромагнитных волн
и ионосфера. – М.: Наука, 1972. – 564 с.
02. Кравцов Ю. А., Фейзулин З. И., Виноградов А. Г. Про-
хождение радиоволн через атмосферу Земли. – М.:
Радио и связь, 1983. – 224 с.
03. Davies K. Ionospheric radio. – London: Peter Peregrinus
Ltd, 1990. – 580 p.
04. Яковлев О. Н. Космическая радиофизика. – М.: Науч-
ная книга, 1998. – 432 с.
05. Яковлев О. Н., Якубов В. П., Урядов В. П., Павельев А. Г.
Распространение радиоволн / Под ред. О. Н. Яков-
лева. – М.: ЛЕНАНД, 2009. – 496 с.
06. Дикий Л. А. Теория колебаний земной атмосферы. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1969. – 196 с.
07. Yen K. S. and Liu C. H. Theory of ionospheric waves. –
N. Y., London: Academic Press, 1972. – 464 p.
08. Beer T. Atmospheric waves. – N.Y.: Halsted Press, 1974. –
315 p.
09. Гершман Б. Н. Динамика ионосферной плазмы. – М.:
Наука, 1974. – 256 с.
10. Госсард Э. Э., Хук У. Х. Волны в атмосфере. – М.:
Мир, 1978. – 532 с.
11. Авакян С. В., Дробжев В. И., Краснов В. М., Кудря-
шев Г. С., Лазарев А. И., Николаев А. Г., Рязанова Л. Д.,
Севастьянов В. И., Яковец А. Ф. Волны и излучение
верхней атмосферы. – Алма-Ата: Наука, 1981. – 167 с.
12. Сорокин В. М., Федорович Г. В. Физика медленных
МГД-волн в ионосферной плазме. – М.: Энергоиздат,
1982. – 136 с.
13. Волновые возмущения в ионосфере / Под ред. В. И. Дроб-
жева. – Алма-Ата: Наука, 1987. – 172 с.
14. Hines C. O. Internal gravity waves at ionospheric heights //
Can. J. Phys. – 1960. – Vol. 38, No. 11. – P. 1441–1481.
15. Tolstoy I. Long-Period Gravity Waves in the Atmo-
sphere // J. Geophys. Res. – 1967. – Vol. 72, No. 18. –
P. 4605–4622.
16. Chimonas G. Observations of Waves in the Ionosphere //
Planet Space Sci. – 1970. – Vol. 18, No. 4. – P. 591–605.
17. Yeh K. C. and Liu C. H. Acoustic gravity waves in the
upper atmosphere // Rev. Geophys. Space Phys. – 1974. –
Vol. 12, No. 2. – P. 193–216.
18. Francis S. H. A Theory of Medium-Scale Travelling
Ionospheric Disturbances // J. Geophys. Res. – 1974. –
Vol. 79, No. 34. – P. 5245–5260.
19. Francis S. H. Global propagation of atmospheric gravity
waves: a review // J. Atmos. Terr. Phys. – 1975. – Vol. 37,
No. 5. – P. 1011–1054.
20. Григорьев Г. С., Чунчузов Е. П. Акустико-гравитацион-
ные волны в атмосфере. В кн.: Полярные сияния
и свечения ночного неба. – М.: Наука, 1975. – C. 5–21.
21. Пономарев Е. А., Ерущенков А. И. Инфразвуковые вол-
ны в атмосфере Земли (Обзор) // Изв. вузов. Радио-
физика. – 1977. – T. 20, №12. – C. 1773–1789.
22. Williams P. J. S. Tides, atmospheric gravity waves and
travelling disturbances in the ionosphere. In: Modern iono-
spheric science. A collection of articles published on the
occasion of the anniversary: “50 years of ionospheric re-
search in Lindau”. – Katlenburg – Lindau: EGP, 1996. –
P. 136–180.
23. Григорьев Г. И. Акустико-гравитационные волны в ат-
мосфере Земли // Изв. вузов. Радиофизика. – 1999. –
T. 42, №1. – C. 3–25.
24. Электромагнитные проявления геофизических эф-
фектов а Антарктиде / Под ред. Л. Н. Литвиненко,
Ю. М. Ямпольского.– Харьков: Радиоастрономический
ин-т НАН Украины, 2005. – 331 с.
25. Бурмака В. П., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Результаты
исследования волновых возмущений в ионосфере ме-
тодом некогерентного рассеяния // Успехи современной
радиоэлектроники. – 2005. – № 3. – С. 4–35.
26. Бурмака В. П., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Волновые
процессы в ионосфере в спокойных и возмущенных
условиях. 1. Результаты наблюдений на харьковском
радаре некогерентного рассеяния // Геомагнетизм и аэро-
номия. – 2006. – Т. 46, № 2. – С. 193–208.
27. Бурмака В. П., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Волновые
процессы в ионосфере в спокойных и возмущенных
условиях. 2. Анализ результатов наблюдений и модели-
рование // Геомагнетизм и аэрономия. – 2006. – Т. 46,
№ 2. – С. 209–218.
28. Черногор Л. Ф. Современные методы спектрального
анализа квазипериодических и волновых процессов
в ионосфере: особенности и результаты эксперимен-
тов // Геомагнетизм и аэрономия. – 2008. – Т. 48, № 5.–
С. 681–702.
29. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. –
М.: Наука, 1988. – 527 с.
30. Schunk R. W. and Nagy A. F. Ionospheres: physics, plasma
physics, and chemistry. In: Dessler A. J., Houghton J. I.,
Pycroft M. J., editors. Cambridge atmospheric and space
science series. – Cambridge University Press, 2000. – 555 p.
31. Ляшенко М. В., Пуляев В. А., Черногор Л. Ф. Суточные
и сезонные вариации параметров ионосферной плазмы
в период роста солнечной активности // Космічна наука
і технологія. – 2006. – Т. 12, № 5/6. – С. 58–68.
Л. Ф. Чорногор 1,2, В. В. Барабаш 2
1 Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна,
пл. Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна
2 Інститут іоносфери НАН і МОНМС України,
вул. Червонопрапорна, 16, м. Харків, 61002, Україна
ХВИЛЕВІ ЗБУРЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ ЕЛЕКТРОНІВ
У ШАРІ F2 ІОНОСФЕРИ: СЕЗОННО-ДОБОВІ ВАРІАЦІЇ
Проаналізовано регулярні та квазіперіодичні сезонно-добові
варіації концентрації електронів у шарі F2 іоносфери
в період зростання сонячної активності (у 2011 р.). Для сис-
темного спектрального аналізу застосовувалося віконне
перетворення Фур’є, адаптивне перетворення Фур’є та вейв-
лет-перетворення. В усі сезони в шарі F2 іоносфери спосте-
рігалося переважаюче коливання з періодом 140 200÷ хв,
амплітудою 11 3(0.2 2) 10 м ,−÷ ⋅ відносною амплітудою
0.1 0.2.÷ Тривалість цього коливання залежно від сезону
змінювалася від 5 7÷ до 24 год. Амплітуда коливань з інши-
ми періодами була помітно меншою.
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 4, 2012 361
Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации
L. F. Chernogor 1,2 and V. V. Barabash 2
1 V. Kazarin National University of Kharkiv,
4, Svoboda Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine
2 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
WAVE DISTURBANCES OF ELECTRON DENSITY
IN IONOSPHERIC F2 LAYER:
SEASONAL-DIURNAL VARIATIONS
Regular and quasiperiodic seasonal and diurnal variations
of electron density in ionospheric F2-layer in growth of solar
activity (2011) are analyzed. Short-time Fourier transform,
adaptive Fourier transform and wavelet transform were ap-
plied to the system spectral analysis. During all seasons,
a prevailing oscillation with the period of 140 200÷ min,
amplitude 11 3(0.2 2) 10 m ,−÷ ⋅ relative amplitude 0.1 0.2÷ had
been shown in ionospheric F2-layer. Duration of this oscilla-
tion, depending on the season, varied within 5 7÷ to 24 h.
The amplitude of fluctuations with other periods was notice-
ably smaller.
Статья поступила в редакцию 12.09.2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100073 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1027-9636 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:02:38Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Радіоастрономічний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Черногор, Л.Ф. Барабаш, В.В. 2016-05-15T16:38:28Z 2016-05-15T16:38:28Z 2012 Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. / Л.Ф. Черногор, В.В. Барабаш // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 4. — С. 353-261. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100073 550.388, 520.16; 523.31; 523.9:520.86 Проанализированы регулярные и квазипериодические сезонно-суточные вариации концентрации электронов в слое F2 ионосферы в период роста солнечной активности (в 2011 г.). Для системного спектрального анализа применялось оконное преобразование Фурье, адаптивное преобразование Фурье и вейвлет-преобразование. Во все сезоны в слое F2 ионосферы проявлялось преобладающее колебание с периодом 140÷ 200 мин, амплитудой (0.2÷ 2)∙10¹¹ м⁻³, относительной амплитудой 0.1÷ 0.2. Длительность этого колебания в зависимости от сезона изменялась от 5÷7 до 24 ч. Амплитуда колебаний с другими периодами была заметно меньше. Проаналізовано регулярні та квазіперіодичні сезонно-добові варіації концентрації електронів у шарі F2 іоносфери в період зростання сонячної активності (у 2011 р.). Для системного спектрального аналізу застосовувалося віконне перетворення Фур’є, адаптивне перетворення Фур’є та вейвлет-перетворення. В усі сезони в шарі F2 іоносфери спостерігалося переважаюче коливання з періодом 140 ÷ 200 хв, амплітудою (0.2÷2)∙10¹¹ м⁻³, відносною амплітудою 0.1÷ 0.2. Тривалість цього коливання залежно від сезону змінювалася від 5÷7 до 24 год. Амплітуда коливань з іншими періодами була помітно меншою. Regular and quasiperiodic seasonal and diurnal variations of electron density in ionospheric F2-layer in growth of solar activity (2011) are analyzed. Short-time Fourier transform, adaptive Fourier transform and wavelet transform were applied to the system spectral analysis. During all seasons, a prevailing oscillation with the period of 140 ÷ 200 min, amplitude (0.2÷2)∙10¹¹ m⁻³, relative amplitude 0.1÷ 0.2 had been shown in ionospheric F2-layer. Duration of this oscillation, depending on the season, varied within 5÷7 to 24 h. The amplitude of fluctuations with other periods was noticeably smaller. ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика и радиоастрономия Радиофизика геокосмоса Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. Хвилеві збурення концентрації електронів у шарі F2 іоносфери: сезонно-добові варіації Wave Disturbances of Electron Density in Ionospheric F2 Layer: Seasonal-Diurnal Variations Article published earlier |
| spellingShingle | Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. Черногор, Л.Ф. Барабаш, В.В. Радиофизика геокосмоса |
| title | Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. |
| title_alt | Хвилеві збурення концентрації електронів у шарі F2 іоносфери: сезонно-добові варіації Wave Disturbances of Electron Density in Ionospheric F2 Layer: Seasonal-Diurnal Variations |
| title_full | Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. |
| title_fullStr | Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. |
| title_full_unstemmed | Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. |
| title_short | Волновые возмущения концентрации электронов в слое F2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. |
| title_sort | волновые возмущения концентрации электронов в слое f2 ионосферы: сезонно-суточные вариации 4 января 2011 г. |
| topic | Радиофизика геокосмоса |
| topic_facet | Радиофизика геокосмоса |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100073 |
| work_keys_str_mv | AT černogorlf volnovyevozmuŝeniâkoncentraciiélektronovvsloef2ionosferysezonnosutočnyevariacii4ânvarâ2011g AT barabašvv volnovyevozmuŝeniâkoncentraciiélektronovvsloef2ionosferysezonnosutočnyevariacii4ânvarâ2011g AT černogorlf hvilevízburennâkoncentracííelektronívušaríf2íonosferisezonnodobovívaríacíí AT barabašvv hvilevízburennâkoncentracííelektronívušaríf2íonosferisezonnodobovívaríacíí AT černogorlf wavedisturbancesofelectrondensityinionosphericf2layerseasonaldiurnalvariations AT barabašvv wavedisturbancesofelectrondensityinionosphericf2layerseasonaldiurnalvariations |