Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
Москва, Россия
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Геофизический Центр РАН
Москва, Россия
Москва, Россия
Москва, Россия
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
В статье рассмотрено влияние крупных атмосферных процессов на ионосферу на примере тропического тайфуна Vongfong 2014 г. с использованием данных трехспутниковой миссии Swarm (высота 450–500 км). Обсуждаются два возможных механизма передачи возмущения на ионосферные высоты — генерация акустико-гравитационных волн (АГВ) и возбуждение электрических полей в атмосфере. Предложены новые методики выделения ионосферного отклика на АГВ по данным низкоорбитальных спутников. Первая основана на определении относительных вариаций электронной плотности в диапазоне периодов от 15 до 150–180 с, соответствующих определенным масштабам АГВ. Вторая базируется на оценке пространственно-временных производных электронной концентрации, измеренной на двух спутниках Swarm, находящихся на близких орбитах. Оценены характерные величины эффектов ионосферного отклика, и определены их пространственно-временные характеристики для рассмотренного крупного тропического циклона.
тропический циклон, ионосфера, электронная концентрация, акустико-гравитационная волна, Swarm, экваториальная аномалия
1. Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: Изд-во ГУ НЦ PBX ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с.
2. Афраймович Э.Л., Воейков С.В., Ишин А.Б. и др. Вариации полного электронного содержания во время мощного тайфуна 5–11 августа 2006 г. у юго-восточного побережья Китая // Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т. 48, № 5. С. 703–708.
3. Бондур В.Г., Пулинец С.А., Узунов Д. Воздействие крупномасштабных атмосферных вихревых процессов на ионосферу на примере урагана Катрина // Иссл. Земли из космоса. 2008. № 6. С. 3–11.
4. Ванина-Дарт Л.Б., Покровская И.В., Шарков Е.А., Исследования взаимодействия нижней экваториальной ионосферы с тропическими циклонами по данным дистанционного и ракетного зондирования // Иссл. Земли из космоса. 2007. № 1. С. 1–9.
5. Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов О.А., Федоров Е.Н. Всплески электромагнитных КНЧ-шумов в верхней ионосфере, стимулированные наземными взрывами // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36, № 4. С. 61–67.
6. Данилов А.Д., Казимировский Э.С., Вергасова Г.В., Хачикян Г.Я. Метеорологические эффекты в ионосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 267 с.
7. Дробязко И.Н., Красильников В.Н. Генерация акустико-гравитационных волн атмосферной турбулентностью // Изв. вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28, № 11. С. 1357–1365.
8. Захаров В.И., Зиенко А.С., Куницын В.Е. Распространение радиосигналов GPS при различной солнечной активности // Электромагнитные волны и электронные системы. 2008. Т. 13, № 8. C. 51–57.
9. Исаев Н.В., Сорокин В.М., Чмырев В.М., Серебрякова О.Н. Электрические поля в ионосфере, связанные с морскими штормами и тайфунами // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42, № 5. С. 670–675.
10. Исаев Н.В., Костин В.М., Беляев Г.Г., Овчаренко О.Я., Трушкина Е.П. Возмущения верхней ионосферы, вызванные тайфунами // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50, № 2. С. 253–264.
11. Кшевецкий С.П., Гаврилов Н.М. Вертикальное распространение нелинейных гравитационных волн и их разрушение в атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 2003. Т. 43, № 1. С. 74–82.
12. Мелиоранский А.С. Высыпание электронов из радиационных поясов и кольцевого тока под влиянием излучений тайфунов в северо-западной части Тихого океана. Тайфун «Майк» и сильный тропический шторм «Нелл» / Препринт Института космических исследований Пр-2136. М., 2007. 18 с.
13. Balan N., Souza J., Bailey G.J. Recent developments in the understanding of equatorial ionization anomaly: A review // J. Atm. Solar-Terr. Phys. 2018. V. 171. P. 3–11.
14. Bertin E., Testud У., Kersley L. Medium scale gravity waves in the ionospheric F region and their possible origin in weather disturbances // Planet. Space Sci. 1975. V. 23. P. 493–507.
15. Chou M.Y., Lin C.H., Yue J., et al. Medium-scale traveling ionospheric disturbances triggered by Super Typhoon Nepartak (2016) // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44. P. 7569–7577. DOI: 10.1002/2017GL073961.
16. Forbes J.М., Palo S.E., Zhang X. Variability of the ionosphere // J. Atm. Solar-Terr. Phys. 2000. V. 62. P. 685–693. DOI: 10.1016/S1364-6826(00)00029-8.
17. Gossard E.E., Hooke W.H. Waves in the Atmosphere: Atmospheric Infrasound and Gravity Waves, Their Generation and Propagation. Elsevier Scientific Pub. Co., 1975. 456 p.
18. Ho C.M., Mannucci A.J., Lindqwister U.J., et al. Global ionosphere perturbations monitored by the worldwide GPS network // Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23, iss. 22. P. 3219–3222. DOI: 10.1029/96GL02763.
19. Hocke K., Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and traveling ionospheric disturbances: 1982–1995 // Ann. Geophysicae. 1996. V. 14, iss. 9. P. 917–940. DOI: 10.1007/ s00585-996-0917-6.
20. Hofman-Wellenhoft B., Lichtenegger H., Collins J. GPS Theory and Practice. New York: Springer-Verlag Vienna, 1992. 347 p.
21. Huang Y.N., Cheng K., Chen S.W. On the detection of acoustic-gravity waves generated by typhoon by use of real time HF Doppler frequency shift sounding system // Radio Sci. 1985. V. 20, N 4. P. 897–906. DOI: 10.1029/RS020i004p00897.
22. Li W., Yue J., Wu S., et al. Ionospheric responses to typhoons in Australia during 2005–2014 using GNSS and FORMOSAT-3/COSMIC measurements // GPS Solutions. 2018. V. 22, N 3. P. 1–22. DOI: 10.1007/s10291-018-0722-1.
23. Olsen N., Friis-Christensen E., Floberghagen R., et al. The Swarm Satellite Constellation Application and Research Facility (SCARF) and Swarm data products // Earth, Planets and Space. 2013. V. 65. P. 1189–1200. DOI: 10.5047/eps.2013.07.001.
24. Pilipenko V., Belakhovsky V., Kozlovsky A., et al. Determination of the wave mode contribution into the ULF pulsations from combined radar and magnetometer data: Method of apparent impedance // J. Atm. Solar-Terr. Phys. 2012. V. 77. P. 85–95. DOI: 10.1016/j.jastp.2011.11.013.
25. Pokhotelov O.A., Pilipenko V.A., Fedorov E.N., et al. Induced electromagnetic turbulence in the ionosphere and the magnetosphere // Physica Scripta. 1994. V. 50. P. 600–605.
26. Polyakova A.S., Perevalova N.P. Comparative analysis of TEC disturbances over tropical cyclone zones in the North-West Pacific Ocean // Adv. Space Res. 2013. V. 52. P. 1416–1426. DOI: 10.1016/j.asr.2013.07.029.
27. Rishbeth H. F-region links with the low atmosphere? // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2006. V. 68, N 3. P. 469–478. DOI: 10.1016/j.jastp.2005.03.017.
28. Rozhnoi A., Solovieva M., Levin B., et al. Meteorological effects in the lower ionosphere as based on VLF/LF signal observations // Natural Hazards Earth System Sci. 2014. V. 14. P. 2671–2679.
29. Sorokin V.M., Isaev N.V., Yaschenko A.K., et al. Strong DC electric field formation in the low latitude ionosphere over typhoons // J. Atm. Solar-Terr. Phys. 2005. V. 67. P. 1269–1279. DOI: 10.1016/j.jastp.2005.06.014.
30. Walker G.O. Longitudinal structure of the F-region equatorial anomaly — a review // J. Atmos. Terr. Phys. 1981. V. 43, iss. 8. P. 763–774. DOI: 10.1016/0021-9169(81)90052-0.
31. Xiao Z., Xiao S.G., Hao Y.Q., Zhang D.H. Morphological features of ionospheric response to typhoon // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, iss. A4, A04304. DOI: 10.1029/2006JA011671.
32. Zakharov V.I., Kunitsyn V.E. Regional features of atmospheric manifestations of tropical cyclones according to ground-based GPS network data // Geomagnetism and Aeronomy. 2012. V. 52, N 4. P. 533–545. DOI: 10.1134/S0016793212040160.
33. URL: http://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellitemissions/s/swarm (дата обращения 1 марта 2019 г.).
34. URL: http://weather.unisys.com/hurricane (дата обращения 1 марта 2019 г.).
35. URL: http://www.nhc.noaa.gov/aboutsshws.php (дата обращения 1 марта 2019 г.).
36. URL: http://directory. eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/s/swarm (дата обращения 1 марта 2019 г.).
37. URL: https://earth.esa.int/web/guest/ swarm/data-access (дата обращения 1 марта 2019 г.).
