PREDOMINANT TRAVELING IONOSPHERIC DISTURBANCES OVER EASTERN EUROPE DURING LOW LEVELS OF SOLAR AND GEOMAGNETIC ACTIVITIES USING INCOHERENT SCATTER RADAR DATA
УДК 550.388.2, 510.535,551.511.31Предмет и цель работы: Выявление волновых процессов различных временных и пространственных масштабов в среднеширотной ионосфере над Восточной Европой вблизи характерных геофизических временных периодов (равноденствий и солнцестояний) в магнитоспокойных и слабо возмущ...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | rus |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1331 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomy| Резюме: | УДК 550.388.2, 510.535,551.511.31Предмет и цель работы: Выявление волновых процессов различных временных и пространственных масштабов в среднеширотной ионосфере над Восточной Европой вблизи характерных геофизических временных периодов (равноденствий и солнцестояний) в магнитоспокойных и слабо возмущенных условиях при низкой солнечной активности; оценка и расчет характеристик перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) на основе анализа вариаций мощности некогерентно рассеянного сигнала, соответствующих возмущениям концентрации электронов; анализ источников генерации ПИВ.Методы и методология:Проведена обработка временных зависимостей мощности некогерентно рассеянного сигнала с последующей полосовой фильтрацией данных в различных диапазонах периодов преобладающих колебаний. Для удаления медленных вариаций сигнала (тренда) и быстрых осцилляций, которые могут быть вызваны воздействием шума, начальные временные ряды пропускались через цифровой фильтр с широкой полосой пропускания 5÷125 мин с последующим применением спектрального анализа для локализации преобладающих колебаний на осях времени и периодов. Далее выделялись три поддиапазона: 15÷30, 30÷60 и 60÷120 мин. Для каждого поддиапазона определялись преобладающие ПИВ и оценивались их характеристики. Вертикальные составляющие фазовой скорости и длины волны возмущений находились методом кросс-корреляционного анализа, а их горизонтальные компоненты оценивались с использованием дисперсионного уравнения для акустико-гравитационных волн (АГВ).Результаты: Выявлены крупномасштабные и среднемасштабные ПИВ на высотах 100÷400 км. Спектральный анализ показал, что для всех сезонов наибольшую энергию среди преобладающих квазипериодических возмущений имели те, что попадали в интервал периодов от 60 до 120 мин. ПИВ с периодами 15÷120 мин имели продолжительность от 2 до 10 ч. Всего зарегистрировано 59 ПИВ, большая часть которых (49 событий), скорее всего, была проявлением АГВ, распространявшихся снизу вверх (их источники располагались на более низких высотах). Получены средние значения параметров крупномасштабных возмущений в поддиапазонах 30÷60 мин (средний период колебаний – 45 мин) и 60÷120 мин (82 мин): максимальная относительная амплитуда вариаций – 0.14 и 0.20 соответственно; вертикальная фазовая скорость – 105 и 56 м/с; горизонтальная фазовая скорость – 495 и 473 м/с; вертикальная длина волны – 285 и 282 км; горизонтальная длина волны – 1358 и 2322 км. Средние значения этих же параметров среднемасштабных АГВ/ПИВ в поддиапазонах 15÷30 мин (средний период – 22 мин) и 30÷60 мин (41 мин) составляли соответственно 0.13 и 0.13; 127 и 64 м/с; 289 и 268 м/с; 166 и 157 км; 403 и 658 км. Продемонстрировано, что наибольшее количество ПИВ наблюдалось вблизи зимнего солнцестояния и осеннего равноденствия.Заключение: В результате многолетнего систематического мониторинга состояния ионосферы с использованием харьковского радара некогерентного рассеяния определены характеристики ПИВ, наблюдавшихся в периоды, близкие к равноденствиям и солцестояниям, при низких уровнях солнечной и геомагнитной активностей. Доказано присутствие крупномасштабных ПИВ даже в магнитоспокойных условиях.Обсуждены наиболее вероятные источники обнаруженных ПИВ. Полученные результаты позволят уточнить знания о характеристиках среднеширотных ПИВ, а также будут способствовать совершенствованию глобальных и региональных моделей ионосферы.Ключевые слова: перемещающиеся ионосферные возмущения, магнитоспокойные условия, низкая солнечная активность, радар некогерентного рассеяния, спектральный и кросс-корреляционный анализ, полосовая фильтрация, характеристики волновых процессовСтатья поступила в редакцию 18.12.2019Radio phys. radio astron. 2020, 25(2): 100-117 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Yiğit E. and Medvedev A. S. Internal wave coupling processes in Earth’s atmosphere. Adv. Space Res. 2015. Vol. 55, Is. 4. P. 983–1003. DOI: 10.1016/j.asr.2014.11.0202. Hunsucker R. D. Atmospheric gravity waves generated in the high-latitude ionosphere: A review. Rev. Geophys. Space Phys. 1982. Vol. 20, Is. 2. P. 293–315. DOI: 10.1029/RG020i002p00293.3. Hocke, K. and Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances 1982–1995. Ann. Geophys. 1996. Vol. 14, Is. 9. P. 917–940. DOI: 10.1007/s00585-996-0917-64. Черногор Л. Ф., Панасенко С. В., Фролов В. Л., Домнин И. Ф. Наблюдения волновых возмущений в ионосфере на харьковском радаре некогерентного рассеяния при воздействии на околоземную плазму мощным радиоизлучением. Изв. вузов. Радиофизика. 2015. Т. 58, № 2. С. 85–99.5. Госсард Э. Э., Хук У. Х. Волны в атмосфере. Москва: Мир, 1978. 532 с.6. Miyoshi Y., Jin H., Fujiwara H., and Shinagawa H. Numerical Study of Traveling Ionospheric Disturbances Generated by an Upward Propagating Gravity Wave. J. Geophys. Res. Space Phys. 2018. Vol. 123, Is. 3. P. 2141–2155. DOI: 10.1002/2017JA0251107. Tsugawa T., Saito A., and Otsuka Y. A statistical study of large-scale traveling ionospheric disturbances using the GPS network in Japan. J. Geophys. Res. Space Phys. 2004. Vol. 109, Is. A6. DOI: 10.1029/2003JA0103028. Ding F., Wan W., Liu L., Afraimovich E. L., Voeykov S.V., and Perevalova N. P. A statistical study of large-scale traveling ionospheric disturbances observed by GPS TEC during major magnetic storms over the years 2003–2005. J. Geophys. Res. Space Phys. 2008. Vol. 113, Is. A3. id. A00A01. DOI :10.1029/2008JA0130379. Jonah O. F., Coster A., Zhang S., Goncharenko L., Erickson P. J., de Paula E. R., and Kherani E. A. TID Observations and Source Analysis During the 2017 Memorial Day Weekend Geomagnetic Storm Over North America. J. Geophys. Res. Space Phys. 2018. Vol. 123, Is. 10. P. 8749–8765. DOI: 10.1029/2018JA02536710. Arras C., Wickert J., Beyerle G., Heise S., Schmidt T., and Jacob C. A global climatology of ionospheric irregularities derived from GPS radio occultation. Geophys. Res. Lett. 2008. Vol. 35, Is. 14. id. L14809. DOI: 10.1029/2008GL03415811. Otsuka Y., Suzuki K., Nakagawa S., Nishioka M., Shiokawa K., and Tsugawa T. GPS observations of medium‐scale traveling ionospheric disturbances over Europe. Ann. Geophys. 2013. Vol. 31, Is. 2. P. 163–172. DOI: 10.5194/angeo-31-163-201312. Мисюра В. А., Пахомова О. В., Черногор Л. Ф. Исследование глобальных и крупномасштабных возмущений в ионосфере с помощью сети ионозондов. Космическая наука и техника. 1989. № 4. С. 72–75.13. MacDougall J.W. and Jayachandran P.T. Solar terminator and auroral sources for traveling ionospheric disturbances in the midlatitude F region. J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2011. Vol. 73, Is. 17-18. P. 2437–2443. DOI: 10.1016/j.jastp.2011.10.00914. Otsuka Y., Shiokawa K., Ogawa T., and Wilkinson P. Geomagnetic conjugate observations of medium‐scale traveling ionospheric disturbances at midlatitude using all‐sky airglow imagers. Geophys. Res. Lett. 2004. Vol. 31, Is. 15. id. L15803. DOI: 10.1029/2004GL02026215. Chisham G., Lester M., Milan S. E., Freeman M. P., Bristow W. A., Grocott A., McWilliams K. A., Ruohoniemi J. M., Yeoman T. K., Dyson P. L., Greenwald R. A., Kikuchi T., Pinnock M., Rash J. P. S., Sato N., Sofko G. J., Villain J.-P., and Walker A. D. M. A decade of the Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN): scientific achievements, new techniques and future directions. Surv. Geophys. 2007. Vol. 28, Is. 1. P. 33–109. DOI: 10.1007/s10712-007-9017-816. Медведев А. В., Ратовский К. Г., Толстиков М. В., Щербаков А. А., Алсаткин С. С. Cтатистическое исследование характеристик распространения перемещающихся ионосферных возмущений по данным радиофизического комплекса ИСЗФ СО РАН. Солнечно-земная физика: сб. науч. тр. Новосибирск: Из-во СО РАН, 2012. Вып. 20 (133). С. 85–91.17. Nicolls M. J. and Heinselman C. J. Three‐dimensional measurements of traveling ionospheric disturbances with the Poker Flat Incoherent Scatter Radar. Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34, Is. 21. id. L21104. DOI: 10.1029/2007GL03150618. Nicolls M. J., Kelley M. C., Coster A. J., González S. A., and Makela J. J. Imaging the structure of a large-scale TID using ISR and TEC data. Geophys. Res. Lett. 2004. Vol. 31, Is. 9. id. L09812. DOI: 10.1029/2004GL019797.19. Klausner V., Fagundes P. R., Sahai Y., Wrasse C. M., Pillat V. G., and Becker‐Guedes F. Observations of GW/TID oscillations in the F2 layer at low latitude during high and low solar activity, geomagnetic quiet and disturbed periods. J. Geophys. Res. Space Phys. 2009. Vol. 114, Is. A2. id. A02313. DOI: 10.1029/2008JA01344820. Domnin I. F., Chepurnyy Y. M., Emelyanov L. Y., Chernyaev S. V., Kononenko A. F., Kotov D.V., Bogomaz O. V., and Iskra D. A. Kharkiv incoherent scatter facility. Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Radiophysics and Ionosphere. Kharkiv: NTU “KhPI”, 2014. Is. 47 (1089). P. 28–42.21. Бурмака В. П., Панасенко С. В., Черногор Л. Ф. Современные методы спектрального анализа квазипериодических процессов в геокосмосе. Успехи современной радиоэлектроники. 2007. № 11. С. 3–24.22. Аксенова Е. Д., Панасенко С. В. Сезонные вариации параметров волновых процессов в ионосфере по данным метода некогерентного рассеяния. Вестник НТУ “ХПИ”: сб науч. тр. Серия: Радиофизика и иносфера. Харьков: НТУ “ХПИ”, 2016. №. 34 (1206). С. 73–77.23. Аксёнова Е. Д., Панасенко С. В. Проявления волновых процессов в параметрах ионосферной плазмы в период геокосмической бури 1–3 сентября 2016 г. Радіофізика і радіоастрономія. 2019. Т. 24. № 1. С. 55–67. DOI: 10.15407/rpra24.01.055.24. Панасенко С. В. Выявление волновых возмущений концентрации электронов в вариациях мощности некогерентно рассеянного сигнала. Вестник НТУ “ХПИ”: сб науч. тр. Серия: Радиофизика и иносфера. Харьков: НТУ “ХПИ”, 2015. № 37 (1146). С. 13–17.25. Vadas S. L. and Nicolls M. J. Temporal evolution of neutral, thermospheric winds and plasma response using PFISR measurements of gravity waves. J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2009. Vol. 71, Is. 6-7. P. 744–770. DOI: 10.1016/j.jastp.2009.01.01126. Сомсиков В. М. Волны в атмосфере, обусловленные солнечным терминатором. Обзор. Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т. 31, № 1. С. 1–12.27. Song Q., Ding F., Wan W., Ning B., Liu L., Zhao B., Li Q., and Zhang, R. Statistical study of large-scale traveling ionospheric disturbances generated by the solar terminator over China. J. Geophys. Res. Space Phys. 2013. Vol. 118, Is. 7. P. 4583–4593. DOI: 10.1002/jgra.5042328. Afraimovich E. L. First GPS-TEC evidence for the wave structure excited by the solar terminator. Earth, Planets Space. 2008. Vol. 60. P. 895–900. DOI: 10.1186/BF0335284329. Forbes J. M., Bruinsma S. L., Miyoshi Y., and Fujiwara H. A solar terminator wave in thermosphere neutral densities measured by the CHAMP satellite. Geophys. Res. Lett. 2008. Vol. 35, Is. 14. id. L14802. P. 1–4. DOI: 10.1029/2008GL03407530. Ерохин Н. С., Зольникова Н. Н., Михайловская Л. А. Особенности взаимодействия внутренних гравитационных волн с температурно-ветровыми структурами атмосферы при распространении в ионосферу. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007. Вып. 4, № 2. С. 84–89.31. Куницын В. Е., Крысанов Б. Ю., Воронцов А. М. Генерация акустико-гравитационных волн различными источниками на поверхности Земли. Вестник Московского университета. Сер. 3, Физика. Астрономия. 2015. № 6. С. 112–119.32. Waldock J. A. and Jones T. B. HF Doppler observations of medium-scale travelling ionospheric disturbances at mid-latitudes. J. Atmos. Terr. Phys. 1986. Vol. 48, Is. 3. P. 245–260. DOI: 10.1016/0021-9169(86)90099-133. Кшевецкий С. П., Курдяева Ю. А. Численное исследование влияния акустико-гравитационных волн от источника давления на поверхности Земли на температуру термосферы. Труды Кольского научного центра РАН. Гелиогеофизика. 2016. Вып. 2. C. 161–166.34. Vadas S. L. and Liu H. Generation of large-scale gravity waves and neutral winds in the thermosphere from the dissipation of convectively generated gravity waves. J. Geophys. Res. Space Phys. 2009. Vol. 114, Is. A10. id. A10310. DOI: 10.1029/2009JA01410835. Козак Л. В., Пилипенко С. Г. Изменение температуры верхней атмосферы Земли над ураганами по спутниковым измерениям. 2011. Т. 7, № 1. С. 42–47. DOI: 10.18372/2411-6602.07.1042.36. Panasenko S. V., Goncharenko L. P., Erickson P. J., Aksonova K. D., and Domnin I. F. Traveling ionospheric disturbances observed by Kharkiv and Millstone Hill incoherent scatter radars near vernal equinox and summer solstice. J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2018. Vol. 172. P. 10–23. DOI: 10.1016/j.jastp.2018.03.00137. Bristow W. A., Greenwald R. A., and Villain J. P. On the seasonal dependence of medium-scale atmospheric gravity waves in the upper atmosphere at high latitudes. J. Geophys. Res. Space Phys. 1996. Vol. 101, Is. A7. P. 15685–15699. DOI: 10.1029/96JA0101038. Онищенко О. Г., Похотелов О. А., Астафьева Н. М. Планетарные волны в атмосфере. Обзор. Москва: ИКИ РАН, 2007. 32 с.39. Kotake N., Otsuka Y., Tsugawa T., Ogawa T., and Saito A. Climatological study of GPS total electron content variations caused by medium‐scale traveling ionospheric disturbances. J. Geophys. Res. Space Phys. 2006. Vol. 111, Is. A4. id. A04306. DOI: 10.1029/2005JA011418.40. Perkins F. Spread F and ionospheric currents. J. Geophys. Res. 1973. Vol. 78, Is. 1. P. 218–226. DOI: 10.1029/JA078i001p00218 |
|---|