Влияние крупномасштабных авроральных неоднородностей на прохождение радиоволн в условиях умеренной геомагнитной бури

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Анализируются экспериментальные результаты многочастотного наклонного радиозондирования ионосферы на меридиональной трансавроральной радиотрассе Норильск-Иркутск в период умеренной геомагнитной бури 22.09.2018 с максимальным значением индекса возмущенности Kp ~ 5. На основе глобальной динамической модели ионосферы (GDMI), учитывающей изменяющееся во времени состояние базовых крупномасштабных структур авроральной ионосферы (главный ионосферный провал, полярный овал и авроральный E-слой), показано общее соответствие вариаций максимальных наблюдаемых частот (МНЧ 1F2) и расчетных максимальных применимых частот (МПЧ 1F2) в динамике геомагнитного возмущения. Дано физическое объяснение зарегистрированному явлению полной блокировки прохождения радиоволн в ночных условиях (“blackout”). Основным фактором проявления данного эффекта является наличие генерируемого высыпающимися заряженными частицами сильно неоднородного в продольном сечении радиотрассы аврорального слоя E ионосферы. В дневных условиях наличие такого E-слоя приводит к более слабому эффекту деградации следов кратных отражений на ионограммах наклонного радиозондирования ионосферы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Крашенинников

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: krash@izmiran.ru
Россия, Троицк

В. Н. Шубин

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Email: shubin@izmiran.ru
Россия, Троицк

Список литературы

  1. Акасофу С.И. Полярные и магнитосферные суббури // М: Мир, 320 с. 1971.
  2. Боярчук К.А., Иванов-Холодный Г.С., Коломийцев О.П. и др. Отклик среднеширотной ионосферы Земли на экстремальные события на Солнце в октябре–ноябре 2003 г. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 45. № 1. С. 84–91. 2005.
  3. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы // М: Наука, 527 с., 1988.
  4. Веселовский И.С., Панасюк М.И., Авдюшин С.И. и др. Солнечные и гелиосферные явления в октябре – ноябре 2003 г.: причины и следствия // Космич. исслед. Т. 42. №5. С. 456–488. 2004.
  5. Деминов М.Г., Шубин В.Н. Эмпирическая модель положения главного ионосферного провала // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 3. С. 366–373. 2018. https://doi.org/10.7868/S0016794018030070
  6. Деминов М.Г., Шубин В.Н., Бадин В.И. Модель критической частоты Е-слоя для авроральной области // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 5. С. 610–617. 2021. https://doi.org/10.31857/S0016794021050059
  7. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир. 502 с. 1973.
  8. Кища П.В., Крашенинников И.В., Лукашкин В.М. Моделирование многочастотного распространения КВ-сигналов в высоких широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 31. № 1. C. 158–162. 1993.
  9. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред, М., “Наука”, 304 с., 1980.
  10. Крашенинников И.В., Павлова Н.М., Ситнов Ю.С. Модель IRI в задаче прогнозирования ионосферного прохождения радиоволн в условиях высокой солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 57. № 6. С. 774–782. 2017. https://doi.org/10.7868/S0016794017060050
  11. Крашенинников И.В., Шубин В.Н. Частотная зависимость энергетических параметров волнового поля на предельной дальности односкачкового распространения радиоволн в условиях низкой солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 2. С. 220–228. 2020. https://doi.org/10.31857/S001679402002008X
  12. Крашенинников И.В., Шубин В.Н. Проявление аврорального Е-слоя в данных радиозондирования ионосферы в условиях геомагнитной бури низкой интенсивности (трансавроральная радиотрасса) // Гелиогеофизические исслед. Т. 42. С. 29–39. 2024.
  13. Куркин В.И., Полех Н.М., Золотухина Н.А. Влияние слабых магнитных бурь на характеристики распространения КВ-радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 2. С. 245-256. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022020110
  14. Шубин В.Н., Деминов М.Г. Глобальная динамическая модель критической частоты F2-слоя ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 59. № 4. C. 461–473. 2019. https://doi.org/10.1134/S0016794019040151
  15. Akasofu S.I. The dynamic aurora // Sci. Am. (ISSN 0036-8733). V. 260. P. 90–97.1989.
  16. Besprozvannaya A.S., Shirochkov A.V. and Shchuka T.I. The dynamics of the high latitude ionospheric E region // J. Atmos. Terr. Phys. V. 42. P. 115–123. 1980. https://doi.org/10.1016/0021-9169(80)90071-9
  17. Bilitza D., Radicella S., Reinisch B., Adeniyi J., Mosert M., Zhang S., Obrou O. New B0 and B1 models for IRI //Adv. Space Res. V.25. N. 1. P. 89–95. 2000. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(99)00902-3
  18. Bilitza D., Altadill D., Truhlik V., Shubin V., Galkin I., Reinisch B., Huang X. International Reference Ionosphere 2016: from ionospheric climate to real-time weather predictions // Space Weather. V.15. P. 418–429. 2017. https://doi.org/10.1002/2016SW001593
  19. Cameron T.G., Fiori R.A.D., Warrington E.M. et al. Evaluation of the effect of sporadic-E on high frequency radio wave propagation in the Arctic // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 228. 105826. 2022. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2022.105826
  20. Danilov A.D., Laštovička J. Effects of geomagnetic storms on the ionosphere and atmosphere // Int. J. Geomagn. Aeron. V. 2. № 3. P. 209–224. 2001.
  21. Hunsucker R.D., Hargreaves J.K. The High-Latitude Ionosphere and its Effects on Radio Propagation // Cambridge University Press. New York. 617 p. 2003. https://doi.org/10.1017/CBO9780511535758
  22. Milan S.E., Jones T.B. and Warrington E.M. Enhanced MUF propagation of HF radio waves in the aurora1 zone // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 59. N. 2. P. 237–248. 1997. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(96)00031-4
  23. Nava B., Coпsson P., Radicella S.M. A new version of the NeQuick ionosphere electron density model //J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 70 N. 15. P. 1856–1862. 2008. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2008.01.015
  24. Nikolaeva V., Gordeev E., Sergienko T. et al. AIM-E: E-Region Auroral Ionosphere Model // Atmosphere, 12. 748.2021. https://doi.org/10.3390/atmos12060748
  25. Ruck J.J., Themens D.R. Impacts of auroral precipitation on HF propagation: A hypothetical over-the- horizon radar case study // Space Weather. 19. e2021SW002901. 2021. https://doi.org/10.1029/2021SW002901
  26. Yermolaev Yu.I. and Yermolaev M.Yu. Solar and Interplanetary Sources of Geomagnetic Storms: Space Weather Aspects // Izv. Atmos. Ocean Phys. V. 46. N. 7. P. 799–819. 2010.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. На левой панель по модели GDMI представлено пространственное положение глобальных крупномасштабных неоднородностей авроральной области ионосферы во время супербури 29.10.2003 20:00 UT. Экваториальная граница овала – кривая 0, положение минимума ГИП – кривая 1 (MIT); положение ст. ИЗМИРАН отмечено жирной точкой. Проявление аврорального E-слоя ионосферы на ионограмме ВЗ ст. ИЗМИРАН 29.10.2003 20:00 UT (22:00 LT) – правая верхняя панель и соответственно аврора над Москвой (Троицк) в направлении наблюдения восток-запад – правая нижняя панель.

Скачать (410KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вертикальные профили концентрации электронов 05 декабря 2007 г. 00:36:36 UT: (а) модель AIM-E – кривая 0, данные радара некогерентного рассеяния EISCAT UHF – кривая 1; (б) – вертикальные профили концентрации электронов, рассчитанные по моделям IRI-2016 – кривая 0, GDMI с профилем [Bilitza et al., 2000] – кривая 1 и GDMI с профилем NeQuick– кривая 2; (в) – вертикальные профили моделей IRI-2016, GDMI и NeQuick электронной концентрации с NmE, соответствующей данным радара в Тромсё.

Скачать (192KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временной ход МПЧ 1F2 на трансавроральной радиотрассе Норильск–Иркутск 19.09.2018 – 24.09.2018: полые кружочки – экспериментальные значения, кривая 0 – среднемесячные и кривая 1 – суточные зависимости для модели ионосферы GDMI. Нижние панели отражают временную зависимость гелиогеофизических данных: F10.7 и ap-индекса. Горизонтальной линией отмечен пороговый уровень, разделяющий спокойное и возмущенное состояние геомагнитного поля.

Скачать (276KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Положение ГИП и аврорального овала в широтной зависимости foF2 по долготе средней точки радиотрассы Норильск – Иркутск в спокойных условиях 20.09.2018 (левая панель) и во время ионосферной бури 22.09.2023 (правая панель) в модели GDMI на 18:00 UT. Модель GDMI – сплошная, IRI – пунктирная кривая.

Скачать (164KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Левая панель – положение ГИП и аврорального слоя E ионосферы в спокойных условиях (20.09.2018 18:00 UT, кривые 0) и в возмущенных (22.09.2018 18:00 UT, кривые 1). Правая панель – лучевые траектории для частоты 6 МГц в модели GDMI, иллюстрирующие эффект “blackout” на радиотрассе наклонного радиозондирования Норильск – Иркутск во время ионосферной бури.

Скачать (189KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Ионограммы наклонного радиозондирования ионосферы в локальное околополуденное время в спокойных геомагнитных условиях 20.09.18 07:23 UT и во время геомагнитной бури 22.09.1805:18 UT – экспериментальные (верхняя панель) и синтезированные в модели GDMI (нижняя панель).

Скачать (411KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024