Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности

Цель работы: представить вариации температур электронов и ионов, полученных с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы НАН и МОН Украины в период минимума 23-го цикла солнечной активности, а также сравнить полученные результаты с соответствующими данными модели ионосферы IRI-2012....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Радиофизика и радиоастрономия
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Сюсюк, М.Н., Котов, Д.В., Черногор, Л.Ф., Богомаз, А.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2016
Schlagworte:	Радиофизика геокосмоса
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106481
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности / М.Н. Сюсюк, Д.В. Котов, Л.Ф. Черногор, А.В. Богомаз // Радиофизика и радиоастрономия. — 2016. — Т. 21, № 2. — С. 132-140. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-106481
record_format	dspace
spelling	Сюсюк, М.Н. Котов, Д.В. Черногор, Л.Ф. Богомаз, А.В. 2016-09-29T14:47:03Z 2016-09-29T14:47:03Z 2016 Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности / М.Н. Сюсюк, Д.В. Котов, Л.Ф. Черногор, А.В. Богомаз // Радиофизика и радиоастрономия. — 2016. — Т. 21, № 2. — С. 132-140. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1027-9636 PACS numbers: 93.30.Ge, 94.20.Cf, 94.20.Dm, 94.20.Fg https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106481 500.388, 520.16+ 523.31+523.9:520.86 Цель работы: представить вариации температур электронов и ионов, полученных с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы НАН и МОН Украины в период минимума 23-го цикла солнечной активности, а также сравнить полученные результаты с соответствующими данными модели ионосферы IRI-2012. Мета роботи: надати варіації температур електронів та іонів, отриманих за допомогою радара некогерентного розсіювання Інституту іоносфери НАН та МОН України в період мінімуму 23-го циклу сонячної активності, а також порівняти отримані результати з відповідними даними моделі іоносфери IRI-2012. Purpose: to present temperature variations of electrons and ions obtained at the Institute of Ionosphere (Kharkiv) with an incoherent scatter radar during the 23rd solar cycle minimum, and compare the obtained results with the corresponding data of IRI-2012 model. ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика и радиоастрономия Радиофизика геокосмоса Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности Варіації температур плазми в іоносфері над Харковом під час глибокого мінімуму сонячної активності Variations of plasma temperatures in ionosphere over Kharkiv during extreme solar minimum Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности
spellingShingle	Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности Сюсюк, М.Н. Котов, Д.В. Черногор, Л.Ф. Богомаз, А.В. Радиофизика геокосмоса
title_short	Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности
title_full	Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности
title_fullStr	Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности
title_full_unstemmed	Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности
title_sort	вариации плазменных температур в ионосфере над харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности
author	Сюсюк, М.Н. Котов, Д.В. Черногор, Л.Ф. Богомаз, А.В.
author_facet	Сюсюк, М.Н. Котов, Д.В. Черногор, Л.Ф. Богомаз, А.В.
topic	Радиофизика геокосмоса
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
publishDate	2016
language	Russian
container_title	Радиофизика и радиоастрономия
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
format	Article
title_alt	Варіації температур плазми в іоносфері над Харковом під час глибокого мінімуму сонячної активності Variations of plasma temperatures in ionosphere over Kharkiv during extreme solar minimum
description	Цель работы: представить вариации температур электронов и ионов, полученных с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы НАН и МОН Украины в период минимума 23-го цикла солнечной активности, а также сравнить полученные результаты с соответствующими данными модели ионосферы IRI-2012. Мета роботи: надати варіації температур електронів та іонів, отриманих за допомогою радара некогерентного розсіювання Інституту іоносфери НАН та МОН України в період мінімуму 23-го циклу сонячної активності, а також порівняти отримані результати з відповідними даними моделі іоносфери IRI-2012. Purpose: to present temperature variations of electrons and ions obtained at the Institute of Ionosphere (Kharkiv) with an incoherent scatter radar during the 23rd solar cycle minimum, and compare the obtained results with the corresponding data of IRI-2012 model.
issn	1027-9636
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106481
citation_txt	Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности / М.Н. Сюсюк, Д.В. Котов, Л.Ф. Черногор, А.В. Богомаз // Радиофизика и радиоастрономия. — 2016. — Т. 21, № 2. — С. 132-140. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT sûsûkmn variaciiplazmennyhtemperaturvionosferenadharʹkovomvtečenieglubokogominimumasolnečnoiaktivnosti AT kotovdv variaciiplazmennyhtemperaturvionosferenadharʹkovomvtečenieglubokogominimumasolnečnoiaktivnosti AT černogorlf variaciiplazmennyhtemperaturvionosferenadharʹkovomvtečenieglubokogominimumasolnečnoiaktivnosti AT bogomazav variaciiplazmennyhtemperaturvionosferenadharʹkovomvtečenieglubokogominimumasolnečnoiaktivnosti AT sûsûkmn varíacíítemperaturplazmivíonosferínadharkovompídčasglibokogomínímumusonâčnoíaktivností AT kotovdv varíacíítemperaturplazmivíonosferínadharkovompídčasglibokogomínímumusonâčnoíaktivností AT černogorlf varíacíítemperaturplazmivíonosferínadharkovompídčasglibokogomínímumusonâčnoíaktivností AT bogomazav varíacíítemperaturplazmivíonosferínadharkovompídčasglibokogomínímumusonâčnoíaktivností AT sûsûkmn variationsofplasmatemperaturesinionosphereoverkharkivduringextremesolarminimum AT kotovdv variationsofplasmatemperaturesinionosphereoverkharkivduringextremesolarminimum AT černogorlf variationsofplasmatemperaturesinionosphereoverkharkivduringextremesolarminimum AT bogomazav variationsofplasmatemperaturesinionosphereoverkharkivduringextremesolarminimum
first_indexed	2025-11-26T02:05:52Z
last_indexed	2025-11-26T02:05:52Z
_version_	1850607614568693760
fulltext	ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016132 Радиофизика и радиоастрономия. 2016, Т. 21, № 2, c. 132–140 © М. Н. Сюсюк, Д. В. Котов, Л. Ф. Черногор, А. В. Богомаз, 2016 ÐÀÄÈÎÔÈÇÈÊÀ ÃÅÎÊÎÑÌÎÑÀ М. Н. СЮСЮК 1, Д. В. КОТОВ 2, Л. Ф. ЧЕРНОГОР 3, А. В. БОГОМАЗ 2 1 Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, 61002, Украина E-mail: syusyuk.marina@mail.ru 2 Институт ионосферы НАН и МОН Украины, ул. Краснознаменная, 16, г. Харьков, 61002, Украина 3 Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина ÂÀÐÈÀÖÈÈ ÏËÀÇÌÅÍÍÛÕ ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐ Â ÈÎÍÎÑÔÅÐÅ ÍÀÄ ÕÀÐÜÊÎÂÎÌ Â ÒÅ×ÅÍÈÅ ÃËÓÁÎÊÎÃÎ ÌÈÍÈÌÓÌÀ ÑÎËÍÅ×ÍÎÉ ÀÊÒÈÂÍÎÑÒÈ Цель работы: представить вариации температур электронов и ионов, полученных с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы НАН и МОН Украины в период минимума 23-го цикла солнечной активности, а также сравнить полученные результаты с соответствующими данными модели ионосферы IRI-2012. Методы и методология: Данные получены методом некогерентного рассеяния, для их анализа использовались метод решения обратной радиофизической задачи и уточнение с помощью двумерной функции неопределенности. Результаты: Обнаружено, что модель IRI-2012 в большинстве случаев завышает значения температур электронов и ионов по сравнению с экспериментальными данными. Максимальные различия наблюдаются в ночное время и могут составлять около 500 К летом и 700 К зимой. Рассмотрены эффекты воздействия восходов и заходов Солнца в магнитосопряженной области. Заключение: Подтверждено, что для адекватного описания процессов в ионосфере требуется системный подход, учитывающий, в частности, взаимодействие областей ионосферы, расположенных в магнитосопряженных областях. Отмеченные закономерности следует учитывать при коррекции модели ионосферы для Центрально-Европейского региона. Ключевые слова: метод некогерентного рассеяния, температура электронов, температура ионов, магнитосопряженная область УДК 500.388, 520.16+ 523.31+523.9:520.86 PACS numbers: 93.30.Ge, 94.20.Cf, 94.20.Dm, 94.20.Fg 1. Ââåäåíèå Исследование высотно-временных вариаций тем- ператур электронов и ионов в ионосфере имеет важное фундаментальное и прикладное значение. Тепловые процессы в значительной степени опре- деляют состояние и поведение системы Земля – атмосфера – ионосфера – магнитосфера [1, 2]. В настоящее время существует ряд эмпири- ческих моделей поведения температур электро- нов и ионов, среди них модели авторов: Эванс [3], Билитца и Хоэджи [4], Трухлик и др. [5]. До сих пор ни одна из моделей не позволяет адекват- но представить глобальную картину вариаций температур. Причиной этого служит множество факторов, влияющих на значения температур (сол- нечная, магнитная активности и др.). Немало- важным также является способ получения экс- периментальных данных. Следует отметить, что основной массив данных для формирования ныне существующих моделей ионосферы получен при помощи спутниковых измерений [5]. Существен- ные недостатки таких измерений описаны в ра- боте [6]. Эти недостатки могут быть устранены применением радарного метода – метода неко- герентного рассеяния (НР). Значительный интерес представляет поведе- ние плазменных температур во время глубокого и продолжительного минимума солнечной актив- ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016 133 Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности ности 2006–2010 гг. Стоит отметить особенности этого периода. 23-й солнечный цикл длился на протяжении 12.4 года (от 1996.4 до 2008.8), доль- ше, чем предыдущие солнечные циклы (22-й длил- ся 9.7, а 21-й – 10.3 года). Этот солнечный цикл характеризовался также малым количеством солнечных пятен. В результате чего термосфера была менее прогретой и, следовательно, имела более низкую плотность, чем во время предыду- щих минимумов [7, 8]. Цель настоящей работы – представить вариа- ции температур электронов и ионов, полученные с помощью радара НР Института ионосферы НАН и МОН Украины в период минимума 23-го цикла солнечной активности, а также сравнить эти результаты с соответствующими данными модели ионосферы IRI-2012 (International Refe- rence Ionosphere). 2. Ñîñòîÿíèå êîñìè÷åñêîé ïîãîäû Выбранные для анализа данные соответствовали глубокому минимуму солнечной активности и на- чалу выхода из него. На протяжении рассматри- ваемого периода индекс 10.7F (определяющий плотность потока радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см и измеряемый в единицах 22 2 110 Вт м Гц )    имел низкие значения. Так, для 4 июня 2008 г. индекс 10.7F равнялся 65, для 23–24 сентября 2008 г. 10.7 68F  и для 17 декаб- ря 2008 г. 10.7 69.F  Для 23 июня, 21–22 сентября и 22 декабря 2010 г. индекс 10.7F имел несколькоо большие значения: 74, 85 и 78 соответственно. Геомагнитная обстановка в выбранные дни была спокойной. Планетарный индекс геомагнит- ной активности pK не превышал значения 4, индекс pA был не больше 6 (дни, когда 30,pA  считаются магнитоспокойными). 3. Ñðåäñòâà è ìåòîäû Данные о вариациях температур электронов eT и ионов iT получены с помощью радара НР. Радар расположен в Ионосферной обсерватории Инсти- тута ионосферы (49 36 c. ш., 36 18 в. д.) [9]. Основные параметры радара следующие: не- сущая частота – 158 МГц, диаметр зенитной параболической антенны – 100 м, эффективная площадь антенны – 3700 м2, коэффициент усиле- ния антенны – 410 , ширина основного лепестка диаграммы направленности – около 1 , импуль- сная и средняя мощности радиопередающего ус- тройства достигают 3.6 МВт и 100 кВт соответ- ственно, длительность излучаемого импульса 650 800pT   мкс, частота следования импуль- сов 24.4F  Гц. В режиме измерений ионного состава во внешней ионосфере полоса пропуска- ния фильтра радиоприемного устройства состав- ляет 9.5 кГц. При измерениях параметров внешней ионо- сферы в рассматриваемый период исполь- зовалась длительность излучаемого импульса 650pT  мкс. Соответствующее высотное раз- решение составляло около 100 км. Временное разрешение (интервал, на котором усреднялись измеренные автокорреляционные функции НР сигнала) равнялось 20 мин. Выбор такого интер- вала обоснован рядом факторов. Дальнейшее уменьшение временного разрешения приводит к недопустимому росту погрешности. А увели- чение интервала усреднения данных может выз- вать смещение получаемых оценок температур ,eT iT и затруднить анализ быстрых процессов в ионосфере (например, сделать недоступными для наблюдений эффекты, связанные с влиянием магнито-сопряженной ионосферы). При анализе данных радара Института ионосферы использо- вались новые методические разработки, описан- ные в работах [10, 11]. 4. Ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèé Временные вариации температур электронов и ионов, наблюдавшиеся с помощью радара Института ионосферы, для выбранных дат пред- ставлены на рис. 1. Рассмотрим основные особен- ности вариаций. Для всех сезонов доступный для наблюдений высотный диапазон был достаточно ограничен- ным (300 450 км) вследствие малых значений отношения сигнал/шум в условиях минимума солнечной активности. В этом диапазоне проис- ходит незначительное увеличение температур электронов и ионов с ростом высоты, поэтому представлены временные вариации температур, соответствующие диапазону высот 350 450 км (с центром вблизи 400 км). Для этого высотного диапазона значение статистической погрешнос- ти получаемых оценок температуры ионов в за- висимости от условий составляет 5 15 %, для температуры электронов – 1 10 %. Оценки по- 134 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016 М. Н. Сюсюк и др. грешностей получены путем статистического мо- делирования с использованием сигналов, имити- рующих сигнал НР и шум, присутствующий при измерениях. Для всех рассматриваемых дат отмечался зна- чительный рост температуры электронов и отно- сительно небольшой рост температуры ионов при восходе Солнца и их спад после захода Солнца. Минимальные значения температур наблюда- лись в ночное время, когда температуры элект- ронов и ионов становились равными друг другу. Во время летних измерений минимум темпера- тур наступал приблизительно в 23:30 UT и со- ставлял 800e iT T  К как в 2008 г., так и в 2010 г.. (рис. 1, а), во время осенних – приблизительно в 00:30 UT в 2008 г. ( 600e iT T  К) и в 22:30 UT Рис. 1. Суточные вариации температур электронов и ионов: а – для лета (сплошная линия – экспериментальные данные, полученные 4 июня 2008 г., штриховая линия – экспериментальные данные, полученные 23 июня 2010 г.); б – для осени (сплошная линия – экспериментальные данные, полученные 23–24 сентября 2008 г., штриховая линия – экспериментальные данные, полученные 21–22 сентября 2010 г.); в – для зимы (сплошная линия – экспериментальные данные, полученные 17 декабря 2008 г., штриховая линия – экспериментальные данные, полученные 22 декабря 2010 г.). На этом и следующих рисунках сплошными стрелками показаны моменты восхода и захода Солнца на высоте 200 км над обсерваторией, штрихо- выми стрелками – соответствующие моменты в магнито-сопряженной области ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016 135 Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности в 2010 г. ( 800e iT T  К) (рис. 1, б). Следует от- метить, что заметное повышение минимальных температур 21 – 22 сентября 2010 г. связано с бо- лее высокой (примерно на 10 %) солнечной актив- ностью в эти дни по сравнению с другими днями в этом году. Во время зимних измерений минимум наблюдался в 00:00 UT и составлял 635e iT T  К как в 2008 г., так и в 2010 г. (рис. 1, в). Максимальные температуры электронов и ионов отмечались в полуденное время. Так, ле- том T e достигала 2700 К в 2008 г. и 2900 К в 2010 г., осенью – 2600 К в 2008 г. и 2900 К в 2010 г., зимой – 2700 К и 2800 К в 2008 г. и 2010 г. соответственно. Суточные вариации температу- ры ионов имели плавный характер. Для всех се- зонов максимальное значение iT не превышало 1200 К. Суточные вариации температур для всех сезонов имели различный вид, так как в зимнее время ионосфера освещена слабее и не так долго, как летом. Таким образом, во вре- мя всего периода наблюдений летом и осенью ионосфера полностью прогревалась к 03:00 UT, а зимой только к 05:00 UT. Процесс остывания ионосферы зимой начинался раньше, примерно в 14:00 UT, осенью – примерно в 16:00 UT, а ле- том – еще на час позже. 5. Ñðàâíåíèå ñ äàííûìè ìîäåëè IRI-2012 В последнее время в глобальную модель IRI были внесены изменения, направленные на ее улучше- ние посредством внедрения уточняющих коэффи- циентов, описывающих влияние солнечной актив- ности на температуру электронов [12]. Основной массив данных для осуществления корректиров- ки был получен при помощи ряда спутниковых измерений, направленных на изучение широтных зависимостей профилей температуры электронов, на протяжении всего года при трех уровнях сол- нечной активности (высокий, средний и низкий), на пяти высотах (350, 550, 850, 1400 и 2000 км), а также в ночное и дневное время. В частности, данные в период минимума солнечной актив- ности на высотах ниже 750 км получены с помо- щью спутниов “Интеркосмос-24” и “Интеркос- мос-25” [10]. Результаты сравнительного анализа данных модели IRI-2012 и наших эксперименталь- ных данных приведены на рис. 2 и рис. 3. Для всех сезонов модель IRI-2012 дает значи- тельно завышеные значения, по сравнению с ре- зультатами радарных наблюдений, ночной тем- пературы электронов. Например, 4 июня 2008 г. (рис. 2, а) минимальное значение температуры электронов наблюдалось в 22:30 UT и составило 780 К, модель для данного времени предостав- ляет значение 1050 К. Дневное поведение суточ- ного хода экспериментальных данных хорошо согласуется с данными модели, особенно в полу- денные часы. Минимальное значение ночной температуры ионов 4 июня 2008 г., полученное с помощью модели, превышает эксперименталь- но измеренное примерно на 300 К. Для осени и зимы завышения температур в модели стано- вятся более явными. Так, 23–24 сентября 2008 г. (рис. 2, б) минимальное значение температуры электронов наблюдалось в 00:30 UT и составило 600 К, тогда как модель предоставляет значение 1400 К. В полуденные часы в эти дни вновь на- блюдается хорошее согласие между данными модели и эксперимента. Для зимы 2008 г., 17 декабря, эксперименталь- ное минимальное значение температуры элект- ронов наблюдалось в 01:00 UT и составило 700 К, тогда как модель завышает это значение в два раза (рис. 2, в). Это различие медленно умень- шается, вплоть до 04:00 UT, когда температуры электронов, предоставленная моделью и получен- ная экспериментально, становятся более близки- ми ( 200eT  К). После захода Солнца, пример- но в 18:00 UT, разница между значениями eT вновь начинает расти, пока около полночи не достигает 700 К. Аналогичным образом изменяются тем- пературы ионов, в ночное время разность между модельными и экспериментальными значениями составлялет 400 К. Похожая ситуация наблюдалась при выходе из глубокого минимума солнечной активности в 2010 г. Например, 23 июня 2010 г. минимальное значение 740eT  К наблюдалось в 23:00 UT, со- гласно модели для данного времени 1070eT  К (рис. 3, а). В дневное время экспериментальные значения eT превышают модельные в среднем на 300 К. При этом экспериментальные значения температуры электронов несколько увеличились по сравнению со значениями в период глубоко- го минимума солнечной активности в 2008 г., тогда как модельные, наоборот, уменьшились. Максимальные значения температуры электро- нов составили 2600 К и 2400 К в 2008 г. и 2010 г. 136 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016 М. Н. Сюсюк и др. соответственно. Для вечернего времени модель завышает значения eT примерно на 200 К. Значе- ния температуры ионов завышаются моделью на протяжении всего времени суток, среднее значе- ние 200iT  К. Для осени 2010 г., 21 сентября, минимальное значение температуры электронов отмечалось в 22:30 UT и было равным примерно 800 К, тог- да как согласно модели 1300eT  К (рис. 3, б). После 03:00 UT по данным эксперимента тем- пература электронов возрастала, и примерно в 04:00 ее значение составляло около 2800 К, тогда как по данным модели ее значение не пре- вышает 2500 К. Для зимы 2010 г., 22 декабря, минимальное значение температуры электронов отмечалось в 00:30 UT и составило 730 К (рис. 3, в). Модель для данного времени дает значение 1150eT  К. Дневные значения температур электронов, полу- ченные с помощью модели и экспериментально, хорошо согласуются. Хорошее согласование от- мечается также в вечернее время. Температура ионов завышается моделью на протяжении всего времени суток, среднее значение 150iT  К. Рис. 2. Суточные вариации температур электронов и ионов в период минимума солнечной активности: а – 4 июня 2008 г.; б – 23 сентября 2008 г.; в – 17 декабря 2008 г. Точками обозначены дискретные экспериментальные оценки температур, сплошной линией показаны усредненные экспериментальные данные, штриховой линией – данные модели IRI-2012 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016 137 Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности 6. Îáñóæäåíèå Сравнение с данными модели IRI-2012. Отме- ченные различия между данными, полученными на харьковском радаре НР, и данными модели IRI-2012 вызывают вопрос об их достоверности. Как было упомянуто выше, исходные данные для модели были получены с помощью спутников “Интеркосмос-24” и “Интеркосмос-25”. Ненадеж- ность спутниковых измерений для изучения ионо- сферы уже давно дискутируется, поэтому при анализе экспериментальных данных мы обрати- лись к работе авторов из обсерватории Ареси- бо (Пуэрто-Рико, 18 35 c. ш., 66 75 з. д.) [13]. В своей работе они опирались на результаты, полученные методом НР, как и в харьковской Ионосферной обсерватории. Оказалось, что ноч- ные значения температур электронов и ионов, по- лученные на станции в Аресибо, хорошо согла- суются с данными по нейтральной температуре nT для их региона, рассчитанными с помощью мо- дели NRLMSISE-00 [14]. Данные, полученные на радаре НР в Харькове, также хорошо согла- суются с данными по ,nT полученными в модели Рис. 3. Суточные вариации температур электронов и ионов в период роста солнечной активности: а – 23 июня 2010 г.; б – 21 сентября 2010 г.; в – 22 декабря 2010 г. Точками обозначены дискретные экспериментальные оценки температур, сплошной линией показаны усредненные экспериментальные данные, штриховой линией – данные модели IRI-2012 138 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016 М. Н. Сюсюк и др. NRLMSISE-00 для нашего региона. Таким обра- зом, можно предположить, что модель IRI-2012 не вполне корректно описывает поведение темпе- ратур электронов и ионов для средних широт, в особенности для ночного времени. Эффекты воздействия солнечного восхода и захода в магнито-сопряженной области. Одним из факторов, влияющих на значения тем- пературы электронов, является перенос энергии фотоэлектронами из магнито-сопряженной обла- сти ионосферы [15, 16]. Для радара НР Инсти- тута ионосферы такая область расположена в южном полушарии (38 70 ю. ш., 49 86 в. д.), что приблизительно на 15 восточнее. Подоб- ная особенность размещения приводит к тому, что восход Солнца над магнито-сопряженной областью существенно опережает местный вос- ход Солнца. Так, в декабре 2008 г. и 2010 г. восход Солнца в магнито-сопряженной области опережал местный восход Солнца приблизитель- но на 4 ч, а заход Солнца запаздывал примерно на 3 ч. Благодаря столь значительному разне- сению во времени в экспериментальных дан- ных хорошо видны эффекты дополнитель- ного нагрева ионосферы над Харьковом за счет влияния нагрева ионосферы в магнито-сопря- женной области (см. рис. 3) [17]. Рассмотрим их подробнее. Более наглядно эффекты видны в данных зим- них экспериментов (см. рис. 2, в и рис. 3, в). При восходе Солнца в магнито-сопряженной об- ласти происходило быстрое возрастание ,eT за которым по мере нарастания сопротивления движению фотоэлектронов в магнитной силовой трубке следовала пауза (см. рис. 2, в) или спад (см. рис. 3, в), а затем новый подъем eT при местном восходе Солнца. В течение дневного вре- мени изменения температуры и концентрации элек- тронов происходили в противофазе, поскольку с ростом электронной концентрации возрастала скорость передачи тепла от электронов к ионам и температура eT снижалась. В вечернее время даже через 4 4.5 ч после местного захода Солн- ца наблюдался плавный спад температуры элект- ронов, и только после захода Солнца в магнито- сопряженной области наступал тепловой баланс. Летом на высотах выше 350 км над радаром НР в Харькове Солнце не заходило, и отмечались следующие ионосферные эффекты. После значи- тельного увеличения eT при местном восходе Сол- нца следовало замедление роста температуры (см. рис. 2, а) либо спад (см. рис. 3, а) в связи с ростом электронной концентрации и потерь теп- ла за счет теплопроводности, а затем происходи- ло новое нарастание eT при восходе Солнца в магнито-сопряженной области. Днем в летнее и зимнее время поведение температуры электро- нов аналогичное. Летом, независимо от уровня солнечной активности, после местного захода Солнца тепловое равновесие наступало очень бы- стро, в течение одного часа. Наименее заметным влияние солнечной актив- ности в магнито-сопряженной области стано- вилось осенью и весной, так как в это время Солнце одинаково влияет на ионосферу в обоих полушариях Земли. 7. Âûâîäû 1. С помощью радара НР Института ионосферы получены и изучены временные вариации темпе- ратур ионов и электронов для трех сезонов в пе- риод глубокого минимума 23-го цикла солнечной активности. Подтверждено, что для адекватного описания процессов в ионосфере требуется сис- темный подход, учитывающий, в частности, вза- имодействие областей ионосферы, расположенных в магнито-сопряженных областях. 2. Сравнение экспериментальных данных с данными модели IRI-2012 показало, что модель IRI-2012 завышает значения температур элект- ронов и ионов. Разница в температурах в ночное время суток составляет в среднем около 500 К, но в некоторых случаях она больше 700 К (уве- личение в два раза). 3. Проанализирован эффект воздействия вос- ходов и заходов Солнца в магнито-сопряженной области. Зимой наблюдается резкий рост темпе- ратуры электронов еще до местного восхода Солнца и плавный спад после захода Солнца. Летом отмечается резкий подъем температуры электронов после местного восхода и замедле- ние роста или спад температуры перед восходом в магнито-сопряженной точке. После местного захода Солнца независимо от уровня солнечной активности тепловое равновесие наступет в те- чение одного часа. 4. Отмеченные закономерности следует учи- тывать при коррекции модели ионосферы для Центрально-Европейского региона. ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016 139 Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – ионосфера – маг- нитосфера как открытая динамическая нелинейная физическая система. 1 // Нелинейный мир. – 2006. – Т. 4, № 12. – C. 655–97. 02. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – ионосфера – маг- нитосфера как открытая динамическая нелинейная физическая система. 2 // Нелинейный мир. – 2007. – Т. 5, № 4. – C. 198–31. 03. Эванс Дж. В. Теоретические и практические вопросы исследования ионосферы методом некогерентного рас- сеяния радиоволн // ТИИЭР. – 1969. – Т. 8, № 4. – С. 139–175. 04. Bilitza D. and Hoegy W. R. Solar activity variations of ionospheric plasma temperatures // Adv. Space Res. – 1990. – Vol. 10, No. 8. – P. 81–90. DOI: 10.1016/ 0273-1177(90)90190-B 05. Triskova L., Truhlik V., and Smilauer J. An empirical mo- del of ion composition in the outer ionosphere // Adv. Space Res. – 2003. – Vol. 31, No. 3. – P. 653–663. DOI: 10.1016/S0273-1177(03)00040-1 06. Oyama K. Electron temperature measurements carried out by Japanese scientific satellites // Adv. Space Res. – 1991. – Vol. 11, No. 10. – P. 149–158. DOI: 10.1016/ 0273-1177(91)90337-J 07. Araujo-Pradere E. A.,·Redmon R., Fedrizzi M., Viereck R., and Fuller-Rowell T. J. Some Characteristics of the Iono- spheric Behavior During the Solar Cycle 23–24 Minimum // Sol. Phys. – 2011. – Vol. 274, Is. 1. – P. 439–456. DOI: 10.1007/s11207-011-9728-3 08. Solomon S. C., Woods T. N., Didkovsky L. V., Emmert J. T., and Qian L. Anomalously low solar extreme ultraviolet irradiance and thermospheric density during solar minimum // Geophys. Res. Lett. – 2010. – Vol. 37. – id. L16103. DOI: 10.1029/2010GL044468 09. 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. 10. Домнин И. Ф., Котов Д. В., Черногор Л. Ф. Оптимиза- ция определения параметров ионосферной плазмы ме- тодом некогерентного рассеяния // Нелинейный мир. – 2012. – Т. 10, № 6. – C. 380–386. 11. Сюсюк М. Н., Котов Д. В., Богомаз А. В. Моделирова- ние двумерной функции неопределенности радара не- когерентного рассеяния // Вестник Национального технического университета “ХПИ”, тематический выпуск “Радиофизика и ионосфера”. – 2011. – № 44. – C. 81–84. 12. Truhlik V., Bilitza D., and Triskova L. A new global empi- rical model of the electron temperature with the inclusion of the solar activity variations for IRI // Earth Planets Space. – 2012. – Vol. 64. – P. 531–543. DOI: 10.5047/ eps.2011.10.016 13. Aponte N., Brum Ch. G. M., Sulzer M. P., and González S. A. Measurements of the O+ to H+ transition height and ion temperatures in the lower topside ionosphere over Arecibo for equinox conditions during the 2008–2009 extreme solar minimum // J. Geophys. Res. Space Phys. – 2013. – Vol. 118. – P. 4465–4470. DOI: 10.1002/jgra.50416 14. Picone J. M., Hedin A. E., and Drob D. P. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical compari- sons and scientific issues // J. Geophys. Res. Space Phys. – 2002. – Vol. 107, No. A12. – id. 1468. DOI: 0.1029/ 2002JA009430 15. Carlson H. C. Ionospheric Heating by Magnetic Conju- gate-Point Photoelectron // J. Geophys. Res. Space Phys. – 1966. – Vol. 71, No. 1. – P. 195–199. DOI: 10.1029/ JZ071i001p00195 16. Kakinami Y., Balan N., Liu J. Y., and Oyama K. Predawn ionospheric heating observed by Hinotori satellite // J. Geo- phys. Res. – 2010. – Vol. 115. – id. A01304. DOI: 10.1029/ 2009JA014334 17. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. – М.: Наука, 1988. – 528 с. REFERENCES 01. CHERNOGOR, L. F., 2006. Earth–atmosphere–iono- sphere–magnetosphere as an open dynamic nonlinear physical system (Part 1). Nelinejnyj mir. vol. 4, no. 12, pp. 655–697 (in Russian). 02. CHERNOGOR, L. F., 2007. Earth–atmosphere–iono- sphere–magnetosphere as an open dynamic nonlinear physical system (Part 2). Nelinejnyj mir. vol. 5, no. 4, pp. 198–231 (in Russian). 03. EVANS, J. V., 1969. Theory and Practice of Ionospheric Study by Thomson Scatter Radar. Proc. IEEE. vol. 57, is. 4, pp. 496–530. DOI: 10.1109/PROC.1969.7005 04. BILITZA, D. and HOEGY, W. R., 1990. Solar activity variations of ionospheric plasma temperatures. Adv. Space Res. vol. 10, no. 8, pp. 81–90. DOI: 10.1016/ 0273-1177(90)90190-B 05. TRISKOVA, L., TRUHLIK, V. and SMILAUER, J., 2003. An empirical model of ion composition in the outer iono- sphere. Adv. Space Res. vol. 31, no. 3, pp. 653–663. DOI: 10.1016/S0273-1177(03)00040-1 06. OYAMA, K., 1991. Electron temperature measurements carried out by Japanese scientific satellites. Adv. Space Res. vol. 11, no. 10, pp. 149–158. DOI: 10.1016/ 0273-1177(91)90337-J 07. ARAUJO-PRADERE, E. A., REDMON, R., FEDRIZ- ZI, M., VIERECK, R. and FULLER-ROWELL, T. J., 2011. Some Characteristics of the Ionospheric Behavior During the Solar Cycle 23–24 Minimum. Sol. Phys. vol. 274, is. 1, pp. 439–456. DOI: 10.1007/s11207- 011-9728-3 08. SOLOMON, S. C., WOODS, T. N., DIDKOVSKY, L. V., EMMERT, J. T. and QIAN, L., 2010. Anomalously low solar extreme ultraviolet irradiance and thermospheric den- sity during solar minimum. Geophys. Res. Lett. vol. 37, id. L16103. DOI: 10.1029/2010GL044468 09. TARAN, V. I., 2001. Study of the ionosphere in the natural and artificially excited states dy method of incoherent scat- tering. Geomagnetizm i aeronomija. vol. 41, no. 5, pp. 659–666 (in Russian). 10. DOMNIN, I. F., KOTOV, D. V. and CHERNOGOR, L. F., 2012. Optimization of the ionospheric plasma parameters estimation using the incoherent scatter technique. Neli- neinyi mir. vol. 10, no. 6, pp. 380–386 (in Russian). 140 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 21, № 2, 2016 М. Н. Сюсюк и др. 11. SIUSIUK, M. N., KOTOV, D. V. and BOGOMAZ, A. V., 2011. Modeling two-dimensional uncertainty function in incoherent scatter radar. Vestnik Natsionalnogo tekh- nicheskogo universiteta. no. 44, pp. 81–84 (in Russian). 12. TRUHLIK, V., BILITZA, D. and TRISKOVA, L, 2012. A new global empirical model of the electron temperature with the inclusion of the solar activity variations for IRI. Earth Planets Space. vol. 64, pp. 531–543. DOI: 10.5047/ eps.2011.10.016 13. APONTE, N., BRUM, CH. G. M., SULZER, M. P. and GONZÁLEZ, S. A., 2013. Measurements of the O+ to H+ transition height and ion temperatures in the lower topside ionosphere over Arecibo for equinox conditions during the 2008–2009 extreme solar minimum. J. Geophys. Res. Space Phys. vol. 118, pp. 4465–4470. DOI: 10.1002/ jgra.50416 14. PICONE, J. M., HEDIN, A. E. and DROB, D. P., 2002. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statis- tical comparisons and scientific issues. J. Geophys. Res. Space Phys. vol. 107, no. A12, id. 1468. DOI: 0.1029/ 2002JA009430 15. CARLSON, H. C., 1966. Ionospheric Heating by Magne- tic Conjugate-Point Photoelectron. J. Geophys. Res. Space Phys. vol. 71, no. 1, pp. 195–199. DOI: 10.1029/ JZ071i001p00195 16. KAKINAMI, Y., BALAN, N., LIU, J. Y. and OYAMA, K., 2010. Predawn ionospheric heating observed by Hinotori satellite. J. Geophys. Res. vol. 115, id. A01304. DOI: 10.1029/2009JA014334 17. BRYUNELLI, B. E. and NAMGALADZE, A. A., 1987. Physics of the ionosphere. Moscow: Nauka Publ. (in Russian). M. M. Siusiuk 1, D. V. Kotov 2, L. F. Chernogor 3, and О. V. Bogomaz 2 1 National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, 21, Frunze St., Kharkiv, 61002, Ukraine 2 Institute of Ionosphere, National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Science of Ukraine, 16, Chervonopraporna St., Kharkiv, 61002, Ukraine 3 V. N. Karazin Kharkiv National University, 4, Svoboda Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine VARIATIONS OF PLASMA TEMPERATURES IN IONOSPHERE OVER KHARKIV DURING EXTREME SOLAR MINIMUM Purpose: to present temperature variations of electrons and ions obtained at the Institute of Ionosphere (Kharkiv) with an inco- herent scatter radar during the 23rd solar cycle minimum, and compare the obtained results with the corresponding data of IRI-2012 model. Design/methodology/approach: Data are obtained by inco- herent scattering. Method of solving the inverse radiophysics problem was used for analysis. Two-dimensional ambiguity func- tion was used for specification. Findings: It has been found that in most cases the IRI-2012 model overestimates the values of electron and ion temperatures as against experimental data. The maximum differences are ob- served at night and can be about 500 K in summer, and 700 K in winter. Also, the effects of sunrise and sunset in magneto- conjugate area are considered. Conclusions: It is confirmed that to adequately describe pro- cesses in the ionosphere it is necessary to have a systematic approach which takes into account interaction in ionospheric regions located in magneto-conjugate area. Such regularities must be taken into account for correction of ionospheric model for the Central European region. Key words: method of incoherent scattering, electron tempera- ture, ion temperature, magneto-conjugate area М. М. Сюсюк 1, Д. В. Котов 2, Л. Ф. Чорногор 3, О. В. Богомаз 2 1 Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, вул. Фрунзе, 21, м. Харків, 61002, Україна 2 Інститут іоносфери НАН та МОН України, вул. Червонопрапорна, 16, м. Харків, 61002, Україна 3 Харківський національний університет імені В. Н. Каразина, м. Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна ВАРІАЦІЇ ТЕМПЕРАТУР ПЛАЗМИ В ІОНОСФЕРІ НАД ХАРКОВОМ ПІД ЧАС ГЛИБОКОГО МІНІМУМУ СОНЯЧНОЇ АКТИВНОСТІ Мета роботи: надати варіації температур електронів та іонів, отриманих за допомогою радара некогерентного розсіюван- ня Інституту іоносфери НАН та МОН України в період мінімуму 23-го циклу сонячної активності, а також порівня- ти отримані результати з відповідними даними моделі іоно- сфери IRI-2012. Методи і методологія: Дані отримано методом некогерент- ного розсіювання, для їх аналізу використовувались метод розв’язання оберненої радіофізичної задачі і уточнення за допомогою двовимірної функції невизначеності. Результати: Виявлено, що модель IRI-2012 у більшості ви- падків завищує значення температур електронів та іонів по- рівняно з експериментальними даними. Максимальні відмінності спостерігаються в нічний час і можуть становити близько 500 K влітку і 700 K взимку. Розглянуто ефекти впливу сходу та заходу Сонця в магнітоспряженій області. Висновок: Підтверджено, що для адекватного опису про- цесів в іоносфері потрібний системний підхід, що враховує, зокрема, взаємодію областей іоносфери, розташованих в магнітоспряжених областях. Зазначені закономірності слід враховувати у корекції моделі іоносфери для Центрально- Європейського регіону. Ключові слова: метод некогерентного розсіювання, темпера- тура електронів, температура іонів, магнітоспряжена область Статья поступила в редакцию 22.02.2016

Вариации плазменных температур в ионосфере над Харьковом в течение глубокого минимума солнечной активности

Institution

Ähnliche Einträge