Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Представлены результаты численного моделирования перемещающегося ионосферного возмущения, приводящего к z-образным перегибам на луче Педерсена на ионограммах наклонного зондирования. Выполнен траекторный синтез дистанционно-частотной характеристики наклонного зондирования двухмерно-неоднородной ионосферы с учетом перемещающегося ионосферного возмущения. Моделирование проводилось с использованием модели ионосферы IRI адаптированной по экспериментальным данным, и Глобальной модели ионосферы и плазмосферы.
наклонное зондирование, перемещающееся ионосферное возмущение
ВВЕДЕНИЕ
Исследованию ионосферных неоднородностей, в том числе перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ), посвящено большое количество работ [Maeda, Handa, 1980; Иванов и др., 1987; Бойтман, Калихман, 1989; Вугмейстер и др., 1993; Millward et al., 1993; Hocke, Schlegel, 1996; Афраймович и др., 2002; Ding et al., 2008]. Одновременно с суточными и сезонными вариациями параметров ионосферы (крупномасштабными неоднородностями) на высотах ионосферы всегда присутствуют движущиеся ионизированные структуры мелких и средних масштабов.
Несмотря на появление и развитие космических средств зондирования, благодаря которым появилась возможность получать полное электронное содержание [Афраймович, Перевалова, 2006], исследование ионосферы с помощью ионозондов с линейной частотной модуляцией сигнала является актуальным и иногда единственным способом получения информации о канале связи. Важно понимать факторы, которые могут приводить к искажениям дистанционно-частотных характеристик (ДЧХ) наклонного зондирования (НЗ) и к отклонениям от средних значений колебаний суточного хода максимальных наблюдаемых частот (МНЧ). Вариации МНЧ с периодами более одного часа на трассах НЗ могут объясняться крупномасштабными ПИВ, проходящими трассу зондирования на высотах F-области [Кутелев, Куркин, 2011]. Вариации МНЧ меньших периодов часто сопровождаются наличием на ДЧХ z-образных перегибов на односкачковой моде 1F2 [Вертоградов и др., 2008], которые двигаются с течением времени по верхнему лучу (Педерсена) из области более высоких в область более низких задержек (иногда повторяя такое прохождение несколько раз).
Целью работы было моделирование ПИВ, приводящего к z-образным перегибам на луче Педерсена на ДЧХ. Для моделирования среды распространения привлекались модели: International Reference Ionosphere (IRI) с коррекцией по реальным данным наблюдений и Глобальная модель ионосферы и плазмосферы (ГМИП), разработанная в ИСЗФ СО РАН.
1. Афраймович Э.Л., Воейков С.В., Перевалова Н.П. Перемещающиеся волновые пакеты возмущений полного электронного содержания по данным глобальной сети GPS (морфология и динамика) // Солнечно-земная физика. 2002. Вып. 3. С. 61–72.
2. Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с.
3. Балаганский Б.А., Сажин В.И. Численное моделирование характеристик декаметровых радиоволн в ионосфере с трехмерно-неоднородными возмущениями // Геомагнетизм и аэрономия. 2003. T. 43, № 1. С. 92–96.
4. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. ФМЛ, 2001. 630 с.
5. Бойтман О.Н., Калихман А.Д. Анализ структуры перемещающихся ионосферных возмущений по ионограммам // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1989. Т. 88. С. 59–69.
6. Вертоградов Г.Г., Денисенко П.Ф., Вертоградова Е.Г., Урядов В.П. Мониторинг среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений по результатам наклонного ЛЧМ-зондирования ионосферы // Электромаг-нитные волны и электронные системы. 2008. Т. 13, № 5. С. 35–44.
7. Вугмейстер Б.О., Захаров В.Н., Калихман А.Д., Радионов В.В. К динамике перемещающихся ионо-сферных возмущений // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1993. Т. 100. С. 189–196.
8. Голыгин В.А., Михайлов Я.С., Сажин В.И. Численное моделирование ионограмм наклонного зонди-рования ионосферы при наличии распространения в ионосферных волновых каналах // Байкальская международная мо-лодежная научная школа по фундаментальной физике: труды. Иркутск, 2003. С. 75–77.
9. Грозов В.П., Думбрава З.Ф., Ким А.Г. и др. Проявление перемещающихся ионосферных возмущений по данным наклонного зондирования и имитационное моделирование параметров возмущения // Распространение радио-волн: сборник докладов XXI Всерос. научн. конф. В 2-х т. Йошкар-Ола, 25–27 мая 2005 г. Т. 1. С. 177–181.
10. Иванов В.П., Карвецкий В.Л., Коренькова Н.А. Сезонно-суточные вариации в параметрах средне-масштабных перемещающихся ионосферных возмущений // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. T. 27, № 3. С. 511–513.
11. Иванов В.А., Лыонг В.Л., Насыров А.М., Рябова Н.В. Моделирование ионограмм для исследования перемещающихся ионосферных возмущений и их влияние на суточные ходы максимально наблюдаемых частот // Ге-оресурсы. 2006. № 2 (19). С. 2–5.
12. Ким А.Г., Грозов В.П., Котович Г.В. Применение модифицированного метода кривых передачи для расчета критической частоты в средней точке трассы наклонного зондирования по лучу Педерсена // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике: труды: Иркутск, 2004. С. 82–85.
13. Кияновский М.П. Программа расчетов на ЭВМ по модифицированному методу кривых передачи. Лу-чевое приближение и вопросы распространения радиоволн. М.: Наука, 1971. С. 287–298.
14. Кияновский М.П., Сажин В.И. К аналитическому представлению ионосферных данных при расчете де-каметровых радиоволн // Исследования по геомагнетизму, астрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1980. Вып. 51. С. 41–48.
15. Коноплин В.Н., Орлов А.И. Приближение данных локальными сплайнами второй степени // Исследо-вания по геомагнетизму, астрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1981. Вып. 57. С. 101–104.
16. Котович Г.В., Ким А.Г., Михайлов С.Я. и др. Определение критической частоты foF2 в средней точке трассы по данным наклонного зондирования на основе метода Смита // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46, № 4. С. 547–551.
17. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука, 1980. 304 с.
18. Кринберг И.А., Тащилин А.В. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука, 1984. 189 с.
19. Кутелев К.А., Куркин В.И. Моделирование влияния крупномасштабных ПИВ волнового типа на ионограммы наклонного зондирования радиотрасс Иркутск–Норильск и Иркутск–Магадан // Сборник докладов XXIII Всерос. научн. конф. «Распространение радиоволн», Йошкар-Ола, Россия, 23–26 мая 2011. Т. 1. С. 235–238.
20. Михайлов Я.С., Куркин В.И. Исследование характеристик перемещающихся ионосферных возмущений // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике: труды. Иркутск, 2007. С. 164–167.
21. Пономарчук С.Н., Котович Г.В., Романова Е.Б., Тащилин А.В. Прогноз характеристик распространения декаметровых радиоволн на основе глобальной модели ионосферы и плазмосферы // Солнечно-земная физика. 2015. Т. 1, № 3. С. 49–54.
22. Тащилин А.В., Романова Е.Б. Численное моделирование диффузии ионосферной плазмы в дипольном геомагнитном поле при наличии поперечного дрейфа // Математическое моделирование. 2013. Т. 25, № 1. С. 3–17.
23. Afraimovich E.L., Ashkaliev Ya.E., Aushev V.M., et al. Simultaneous radio and optical observations of the mid-latitude atmospheric response to a major geomagnetic storm of 6–8 April 2000 // J. Atmos. and Sol.-Terr. Phys. 2002. V. 64, N 18. P. 1943–1955.
24. Davies K. Ionospheric Radio Propagation. U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, 1965. 470 p.
25. Ding F., Wan W., Liu L., et al. Statistical study of large scale traveling ionospheric disturbances observed by GPS TEC during major magnetic storms over the years 2003–2005 // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. A00A01.
26. Drob D.P., Emmert J.T., Crowley G., et al. An empirical model of the Earth´s horizontal wind fields: HWM07 // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. A12304. DOI: 10.1029/2008 JA013668.
27. Emmert J.T., Drob D.P., Shepherd G.G., et al. DWM07 global empirical model of upper thermospheric storm-induced disturbance winds // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. A11319. DOI: 10.1029/2008JA013541.
28. Hardy D.A., Gussenhoven M.S., Raistrick R., McNeil W.J. Statistical and functional representation of the pat-tern of auroral energy flux, number flux, and conductivity // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 12275–12294.
29. Hocke K., Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: 1982-1995 // Ann. Geophys. 1996. V. 14. P. 917–940.
30. Kopka H., Möller H.G., Interpretation of anomalous oblique incidence sweep-frequency records using ray tracing // Radio Sci. 1968. V. 3, N 1. P. 43–51.
31. Kotovich G.V., Mikhailov S.Ya. Adaptive abilities of IRI model in predicting decametric radiopath character-istics // Geomagnetism and Aeronomy. 2003. V. 43, N 1. P. 82–85.
32. Maeda S., Handa S. Transmission of large-scale TIDs in the ionospheric F2-region // J. Atmos. Terr. Phys. 1980. V. 42, N 9/10. P. 853–859.
33. Millward G.H., Moffett R.J., Quegan S., Fuller-Rowell T.J. Effects of an gravity wave on the midlatitude iono-spheric F layer // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 19173–19179.
34. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, N A12. P. 1468–1483.
35. Richards P.G., Fennelly J.A., Torr D.G. EUVAC: Solar EUV flux model for aeronomic calculations // J. Ge-ophys. Res. 1994. V. 99, N A5. P. 8981–8992.
36. Rishbeth H., Garriott O.K. Introduction to Ionospheric Physics. New York: Academic Press, 1969. 334 p.
37. Sojka J.J., Rasmussen C.E., Schunk R.W. An interplanetary magnetic field dependent model of the ionospheric convection electric field // J. Geophys. Res. 1986. V. 91. P. 11281–11290.
38. Tashchilin A.V., Romanova E.B. UT-control effects in the latitudinal structure of the ion composition of the topside ionosphere // J. Atmos. and Terr. Phys. 1995. V. 57. N. 12. P. 1497–1502.
39. Tashchilin A.V., Romanova E.B. Numerical modeling the high-latitude ionosphere // Proc. COSPAR. Colloquia Series. 2002. V. 14. P. 315–325.
